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WO2001055565A2 - VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG EINER NOx-KONZENTRATION EINES ABGASSTROMES EINER VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE - Google Patents

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR BESTIMMUNG EINER NOx-KONZENTRATION EINES ABGASSTROMES EINER VERBRENNUNGSKRAFTMASCHINE Download PDF

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WO2001055565A2
WO2001055565A2 PCT/EP2001/000540 EP0100540W WO0155565A2 WO 2001055565 A2 WO2001055565 A2 WO 2001055565A2 EP 0100540 W EP0100540 W EP 0100540W WO 0155565 A2 WO0155565 A2 WO 0155565A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
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minimum
measuring device
combustion engine
search
found
Prior art date
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PCT/EP2001/000540
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English (en)
French (fr)
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WO2001055565A3 (de
Inventor
Hermann Hahn
Sören HINZE
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
Priority to DE50108081T priority Critical patent/DE50108081D1/de
Priority to AU2001237318A priority patent/AU2001237318A1/en
Priority to EP01909650A priority patent/EP1255917B1/de
Publication of WO2001055565A2 publication Critical patent/WO2001055565A2/de
Publication of WO2001055565A3 publication Critical patent/WO2001055565A3/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/24—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents characterised by the use of digital means
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    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2441—Methods of calibrating or learning characterised by the learning conditions
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    • F02D41/2425—Particular ways of programming the data
    • F02D41/2429—Methods of calibrating or learning
    • F02D41/2451—Methods of calibrating or learning characterised by what is learned or calibrated
    • F02D41/2474—Characteristics of sensors

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining a NO ⁇ concentration of an exhaust gas flow of an internal combustion engine by means of a NO x- sensitive measuring device, in particular an NO x probe, arranged downstream of a NO x storage catalytic converter in an exhaust gas line of the internal combustion engine.
  • NO ⁇ storage catalytic converters In the exhaust duct of the internal combustion engine, which are operated alternately in NO x storage phases and regeneration phases. For maximum reduction of a NO x emission, it is advantageous to control the NO ⁇ storage catalytic converter or the internal combustion engine as a function of a NO ⁇ concentration present behind the NOx storage catalytic converter. This requires an exact detection of a current NO ⁇ concentration, for which NOx sensors are used.
  • Each NO x sensor has an individual error measure, which leads to deviations of a displayed measured value from an actual actual value of the NO ⁇ concentration.
  • These individual inaccuracies in the characteristic of the sensor NO ⁇ - lead to errors in the control of the internal combustion engine so that, for example, an NO x -Beladungsgrad of the NOx trap is detected inaccurately, can be switched whereby a regenerating too late. This leads to increased NO x emissions.
  • the invention has for its object to improve the accuracy of the determination of the NO ⁇ content of an exhaust gas.
  • the method according to the invention provides, in an operating phase of the internal combustion engine in which it is known that the NO ⁇ concentration at the position of the NOx-sensitive measuring device passes through a value close to zero Search for a minimum of a signal curve of the measuring device and to take the found minimum as the zero point for a calibration of the measuring device.
  • the search for the minimum is carried out directly or shortly after NO regeneration or desulfurization of the NOx storage catalytic converter. Following NO ⁇ or sulfur regeneration, even with a severely damaged catalytic converter, it can be assumed that the NO. Absorption will be almost 100% accurate. In this phase, a NOx concentration of 0 to 5 ppm behind the catalytic converter can be expected at least for a limited period of time, so that a minimal signal of the NO ⁇ measuring device obtained in this phase with a negligible error as zero point for an offset correction of the NO ⁇ sensor can be taken over.
  • signal values of the measuring device are detected at predetermined time intervals or according to predetermined exhaust gas or reducing agent throughputs in order to search for the minimum.
  • Each measured signal value is compared with a last saved minimum. If the signal value is less than the last found minimum, it is saved as a new minimum.
  • the search for the minimum is ended after a predetermined duration or a predetermined exhaust gas or reducing agent throughput has elapsed.
  • the described method ensures that a minimum found in this way corresponds to an absolute minimum in the signal curve of the measuring device and not, for example, a local minimum, which can be caused, for example, by an irregularity in the sensor characteristic.
  • a very preferred embodiment of the method according to the invention therefore provides for the minimum found to be subjected to a plausibility check. For this, one or more criteria must be met before a minimum is accepted as the zero point for the calibration. According to a preferred embodiment, for example, it is required that the minimum found must fall below an upper threshold value. Furthermore, falling below the upper threshold value may be required for a certain minimum period. As another Criterion can be specified that the minimum found is located at a sufficiently large distance from a start and an end point of the minimum search. In this way, it is checked whether the "valley floor" in which the minimum lies is really in the time window of the minimum search.
  • An extremely advantageous embodiment of the method also provides that the minimum search is terminated and / or a found minimum is not adopted as the zero point for the calibration of the measuring device if predetermined boundary conditions for operating parameters are not met during the minimum search.
  • An important boundary condition relates, for example, to a temperature of the NO ⁇ storage catalytic converter, which should be in a range which ensures satisfactory NO x absorption.
  • Another boundary condition requires lean operation of the internal combustion engine and / or the presence of a lean exhaust gas in the area of the NO ⁇ storage catalytic converter and / or in the area of the measuring device. In addition, this can be requested over a predetermined minimum period.
  • the internal combustion engine is not in a fuel cut-off phase and / or not in an idle state and / or not in a highly unsteady operating mode during the minimum search.
  • a satisfactory NO ⁇ storage behavior of a NO ⁇ storage catalytic converter can be required, which is determined, for example, by a diagnostic method.
  • An upper and / or lower limit can also be specified for a NO x raw mass flow emitted by the internal combustion engine.
  • the device according to the invention provides means with which the method steps described above can be carried out.
  • These means preferably comprise a control unit, in which the procedure for controlling the method steps for determining a NOx concentration is stored in digital form, wherein the control unit can be integrated in an engine control unit.
  • Figure 1 is a schematic representation of an exhaust duct
  • Figure 2 is a representation of a sensor characteristic of an NO ⁇ sensor
  • Figure 3 shows a sensor signal as a function of time during the
  • the arrangement of an internal combustion engine 10 shown schematically in FIG. 1 has an exhaust tract 12 with an optional pre-catalytic converter 14 arranged therein and a NO x storage catalytic converter 16.
  • a NO x sensor 18 is also arranged in the exhaust duct 12 downstream of the NO ⁇ storage catalytic converter 16.
  • the NO x sensor 18 transmits a measurement signal to an engine control unit 20 in which a control unit 22 is integrated.
  • the internal combustion engine 10 by, for example, influence on a Popespeisendes air-fuel mixture increases.
  • FIG. 2 shows a characteristic curve K of a NO x sensor 18.
  • the output signal OUT of the sensor 18, which can be a voltage, for example, is shown here as a function of a NO x concentration in the exhaust gas.
  • the characteristic curve K which runs linearly in the area of application of the NO x sensor 18 is characterized by the slope S, that is to say its sensitivity, and by the so-called offset OS, which corresponds to an output signal in the absence of NO x in the exhaust gas.
  • the zero point of the characteristic curve is known as a special case, it can at least be used for an offset correction.
  • the output signal OUT of the NO ⁇ sensor In order to detect the zero point signal of the NO ⁇ sensor 18, in a situation in which the NO ⁇ concentration at the position of the sensor 18 is known or can be assumed to be approximately zero, the output signal OUT of the NO ⁇ sensor must be obtained 18 can be measured. The signal measured in this way can then be defined as the zero point of the sensor 18.
  • An operating situation in which a NO ⁇ concentration behind the NO x storage catalytic converter 16 can be assumed to be close to zero with a sufficiently high probability is given shortly after regeneration, in particular NO x regeneration, of the NO x storage catalytic converter 16 ,
  • FIG. 3 shows an idealized time profile of a signal curve SK of a NO x sensor 18 arranged downstream of a NO x storage catalytic converter 16 during the change from a rich operating mode (regeneration phase R) to a lean operating mode M of the internal combustion engine 10.
  • the sensor signal OUT remains at a relatively high level. This is due on the one hand to an incomplete reduction of desorbed nitrogen oxides NO x and on the other hand to the formation of ammonia NH3 during regeneration R, to which the NO x sensor 18 also responds.
  • the signal OUT initially remains at this relatively high level depending on a dead volume of the exhaust gas duct and on a space velocity of the exhaust gas.
  • an inherent inertia of the NO ⁇ sensor 18 leads to a delay in the response of the signal curve SK, even if lean exhaust gas is already present behind the NO ⁇ storage catalytic converter 16.
  • the signal curve SK runs through a minimum min shortly after the switchover to the lean mode M, in order then to rise again very slowly as a result of increasing loading of the NO x storage catalytic converter 16.
  • signal curves SK which correspond to a less ideal course than the one shown, are also accessible to the evaluation.
  • the described method thus also enables a low signal-to-noise ratio, that is, a high one Background noise, and in the event of irregularities in the characteristic curve K, as is observed in particular in the case of aged NO x sensors 18, reliable detection of the minimum min.
  • the minimum search is ended after a predetermined period of time after switching to the lean mode M at the time t £. Instead of a period of time, an exhaust gas or reducing agent mass which has been passed through or a number of measuring points can also be specified.
  • the minimum for calibration is only released if further boundary conditions are met.
  • This relates, for example, to a temperature of the NO x storage catalytic converter 16, which should be in a range that guarantees reliable storage of NO x .
  • a threshold value SW is shown in FIG. It can also be required that the threshold SW must be undershot for a predetermined minimum duration.
  • the minimum min is immediately released as the zero point of the NO x sensor 18 and an offset correction of the sensor 18 is carried out.
  • the found minimum min remains valid until a new minimum is determined in a subsequent minimum search.
  • a minimum search can be carried out after each NOx regeneration - provided the boundary conditions described are met.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer NOx-Konzentration eines Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine mittels einer stromab eines NOx-Speicherkatalysators in einem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-empfindlichen Messeinrichtung, insbesondere eines NOx-Sensors. Es ist vorgesehen, dass in einer Betriebsphase der Verbrennungskraftmaschine (10), in der die NOx-Konzentration an der Position der NOx-empfindlichen Messeinrichtung (18) einen Wert nahe Null durchläuft, eine Suche nach einem Minimum (min) einer Signalkurve (SK) der Messeinrichtung (18) durchgeführt wird und das gefundene Minimum (min) als Nullpunkt für eine Kalibrierung der Messeinrichtung (18) übernommen wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer NOx-Konzentration eines Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Bestimmung einer NOχ- Konzentration eines Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine mittels einer stromab eines NOx-Speicherkatalysators in einem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-empfindlichen Meßeinrichtung, insbesondere einer NOx-Sonde.
Zur Durchführung einer Nachbehandlung von Abgasen von mindestens zeitweise magerlaufenden Verbrennungskraftmaschinen ist es bekannt, NOχ- Speicherkatalysatoren im Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine anzuordnen, die alternierend in NOx-Einlagerungsphasen und Regenerationsphasen betrieben werden. Für eine maximale Reduzierung einer NOx-Emission ist es vorteilhaft, den NOχ- Speicherkatalysator beziehungsweise die Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von einer hinter dem NOx-Speicherkatalysator vorliegenden NOχ-Konzentration zu steuern. Dies setzt eine exakte Erfassung einer aktuellen NOχ-Konzentration voraus, wofür NOx-Sensoren eingesetzt werden.
Jeder NOx-Sensor weist ein individuelles Fehlermaß auf, das zu Abweichungen eines angezeigten Meßwertes von einem tatsächlich vorliegenden IST-Wert der NOχ- Konzentration führt. Diese individuellen Ungenauigkeiten in der Kennlinie des NOχ- Sensors führen zu Fehlern in der Steuerung der Verbrennungskraftmaschine, so daß beispielsweise ein NOx-Beladungsgrad des NOx-Speichers ungenau erkannt wird, wodurch eine Regeneration zu spät eingeschaltet werden kann. Dies führt zu erhöhten NOx-Emissionen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Bestimmung des NOχ- Gehaltes eines Abgases zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 18 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, in einer Betriebsphase der Verbrennungskraftmaschine, in der bekannt ist, daß die NOχ-Konzentration an der Position der NOx-empfindlichen Meßeinrichtung einen Wert nahe Null durchläuft, eine Suche nach einem Minimum einer Signalkurve der Meßeinrichtung durchzuführen und das gefundene Minimum als Nullpunkt für eine Kalibrierung der Meßeinrichtung zu übernehmen.
Nach einer sehr bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Suche nach dem Minimum direkt oder kurz nach einer NO -Regeneration oder einer Entschwefelung des NOx-Speicherkatalysators durchgeführt. Im Anschluß einer NOχ- oder Schwefelregeneration kann selbst bei einem stark geschädigten Katalysator mit hinreichender Genauigkeit von einer annähernd 100%igen NOχ-Absorption ausgegangen werden. In dieser Phase ist zumindest für eine begrenzte Dauer mit einer NOx-Konzentration von 0 bis 5 ppm hinter dem Katalysator zu rechnen, so daß ein in dieser Phase erhaltenes minimales Signal der NOχ-Meßeinrichtung mit einem vernachlässigbaren Fehler als Nullpunkt für eine Offset-Korrektur des NOχ-Sensors übernommen werden kann.
Es ist ferner bevorzugt, daß für die Suche nach dem Minimum Signalwerte der Meßeinrichtung in vorgegebenen Zeitabständen oder nach vorgegebenen Abgas- oder Reduktionsmitteldurchsätzen erfaßt werden. Dabei wird jeder gemessene Signalwert mit einem zuletzt gespeicherten Minimum verglichen. Ist der Signalwert kleiner als das zuletzt gefundene Minimum, so wird er als ein neues Minimum gespeichert. Die Suche nach dem Minimum wird nach Ablauf einer vorgegebenen Dauer oder eines vorgegebenen Abgas- oder Reduktionsmitteldurchsatzes beendet. Das geschilderte Verfahren stellt sicher, daß ein so gefundenes Minimum einem absoluten Minimum im Signalverlauf der Meßeinrichtung entspricht und nicht etwa einem lokalen Minimum, das beispielsweise durch eine Unregelmäßigkeit in der Sensorkennlinie hervorgerufen werden kann.
Da eine mögliche Fehlkalibrierung der NOx-empfindlichen Meßeinrichtung dramatische Folgen auf die Steuerung von Speicherkatalysator und Verbrennungskraftmaschine haben kann, sind strenge Anforderungen an die Sicherheit eines gefundenen Minimums zu stellen. Daher sieht eine sehr bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, das gefundene Minimum einer Plausibilitätskontrolle zu unterziehen. Hierfür sind ein oder mehrere Kriterien zu erfüllen, ehe ein Minimum als Nullpunkt für die Kalibrierung übernommen wird. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird beispielsweise gefordert, daß das gefundene Minimum einen oberen Schwellenwert unterschreiten muß. Ferner kann das Unterschreiten des oberen Schwellenwertes für eine gewisse Mindestdauer gefordert sein. Als weiteres Kriterium kann vorgegeben sein, daß das gefundene Minimum sich in einem hinreichend großen Abstand zu einem Anfangs- und einem Endpunkt der Minimumsuche befindet. Auf diese Weise wird überprüft, ob die "Talsohle", in welcher das Minimum liegt, wirklich in dem Zeitfenster der Minimumsuche liegt.
Es kann ferner vorteilhaft sein, den Signalverlauf vor seiner Auswertung zu glätten, indem beispielsweise benachbarte Meßpunkte gemittelt werden. Weitere mathematische Verfahren zur Kurvenglättung ("Smoothing") sind bekannt und sollen hier nicht näher erläutert werden.
Eine äußerst vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht ferner vor, daß die Minimumsuche abgebrochen und/oder ein gefundenes Minimum nicht als Nullpunkt für die Kalibrierung der Meßeinrichtung übernommen wird, wenn während der Minimumsuche vorgegebene Randbedingungen für Betriebsparameter nicht erfüllt sind. Eine wichtige Randbedingung betrifft etwa eine Temperatur des NOχ- Speicherkatalysators, die in einem Bereich liegen sollte, der eine zufriedenstellende NOx-Absorption gewährleistet. Eine andere Randbedingung fordert einen Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine und/oder das Vorliegen eines mageren Abgases im Bereich des NOχ-Speicherkatalysators und/oder im Bereich der Meßeinrichtung. Zusätzlich kann dies über eine vorgegebene Mindestdauer gefordert werden. Ferner kann vorausgesetzt werden, daß sich die Verbrennungskraftmaschine nicht in einer Schubabschaltungsphase und/oder nicht in einem Leerlauf und/oder nicht in einem stark instationären Betriebsmodus während der Minimumsuche befindet. Außerdem kann ein zufriedenstellendes NOχ-Speicherverhalten eines NOχ-Speicherkatalysators gefordert werden, welches beispielsweise durch ein Diagnoseverfahren ermittelt wird. Auch kann für einen von der Verbrennungskraftmaschine emittierten NOx- Rohmassenstrom eine obere und/oder untere Grenze vorgegeben werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht Mittel vor, mit welchen die oben beschriebenen Verfahrensschritte ausführbar sind. Bevorzugterweise umfassen diese Mittel eine Steuereinheit, in der die Prozedur zur Steuerung der Verfahrensschritte zur Bestimmung einer NOx-Konzentration in digitaler Form hinterlegt ist, wobei die Steuereinheit in ein Motorsteuergerät integriert sein kann.
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 schematische Darstellung eines Abgaskanals einer
Verbrennungskraftmaschine;
Figur 2 eine Darstellung einer Sensorkennlinie eines NOχ-Sensors und
Figur 3 ein Sensorsignal in Abhängigkeit der Zeit während des
Umschaltens zwischen Regeneration und Magerbetrieb.
Die in Figur 1 schematisch dargestellte Anordnung einer Verbrennungskraftmaschine 10 weist einen Abgastrakt 12 mit einem hierin angeordneten optionalen Vorkatalysator 14 und einen NOx-Speicherkatalysator 16 auf. Stromab des NOχ-Speicherkatalysators 16 ist außerdem ein NOx-Sensor 18 in dem Abgaskanal 12 angeordnet. Der NOx- Sensor 18 gibt ein Meßsignal an ein Motorsteuergerät 20 weiter, in welchem eine Steuereinheit 22 integriert ist. In Abhängigkeit einer von dem NOχ-Sensor 18 ermittelten NOx-Konzentration steuert das Motorsteuergerät 20 die Verbrennungskraftmaschine 10, indem es beispielsweise Einfluß auf ein einzuspeisendes Luft-Kraftstoff-Gemisch nimmt.
Figur 2 zeigt modellhaft eine Kennlinie K eines NOx-Sensors 18. Es ist hier das Ausgabesignal OUT des Sensors 18, das beispielsweise eine Spannung sein kann, in Abhängigkeit einer NOx-Konzentration im Abgas dargestellt. Die im Anwendungsbereich des NOx-Sensors 18 linear verlaufende Kennlinie K wird durch die Steigung S, also ihrer Empfindlichkeit, sowie durch den sogenannten Offset OS, der einem ausgegebenen Signal in Abwesenheit von NOx im Abgas entspricht, charakterisiert. Für die Kalibrierung der Kennlinie K des NOχ-Sensors 18 ist, wie für jede Gerade, die Kenntnis zweier Punkte auf der Kennlinie K hinreichend. Ist als ein Spezialfall der Nullpunkt der Kennlinie bekannt, so kann dieser immerhin zu einer Offset-Korrektur herangezogen werden. Um das Nullpunkt-Signal des NOχ-Sensors 18 zu erfassen, muß dieses in einer Situation, in welcher die NOχ-Konzentration an der Position des Sensors 18 als annähernd Null bekannt ist oder angenommen werden kann, das Ausgabesignal OUT des NOχ-Sensors 18 gemessen werden. Das so gemessene Signal kann dann als Nullpunkt des Sensors 18 festgelegt werden. Eine Betriebssituation, in der mit hinreichend großer Wahrscheinlichkeit von einer NOχ- Konzentration hinter dem NOx-Speicherkatalysator 16 als nahe Null ausgegangen werden kann, ist kurz nach einer Regeneration, insbesondere einer NOx-Regeneration, des NOx-Spei-cherkatalysators 16 gegeben.
Figur 3 zeigt einen idealisierten zeitlichen Verlauf einer Signalkurve SK eines stromab eines NOx-Speicherkatalysators 16 angeordneten NOx-Sensors 18 während des Wechsels von einem fetten Betriebsmodus (Regenerationsphase R) in einen mageren Betriebsmodus M der Verbrennungskraftmaschine 10. Während der NOχ-Regeneration R verharrt das Sensorsignal OUT auf einem relativ hohen Niveau. Dies ist zum einen auf eine unvollständige Reduktion von desorbierten Stickoxiden NOx zurückzuführen und andererseits auf eine Entstehung von Ammoniak NH3 während der Regeneration R, auf welches der NOx-Sensor 18 ebenfalls anspricht. Für eine kurze Weile nach Beendigung der Regeneration R und Umschalten der Verbrennungskraftmaschine 10 in einen Magermodus M zu einem Zeitpunkt t^ bleibt das Signal OUT in Abhängigkeit von einem Totvolumen des Abgaskanals sowie von einer Raumgeschwindigkeit des Abgases zunächst noch auf diesem relativ hohen Niveau. Zusätzlich führt eine inhärente Trägheit des NOχ-Sensors 18 zu einer Verzögerung der Antwort der Signalkurve SK, selbst wenn bereits mageres Abgas hinter dem NOχ- Speicherkatalysator 16 vorliegt. Nach einem dann folgenden steilen Abfall durchläuft die Signalkurve SK kurz nach dem Umschalten in den Magermodus M ein Minimum min, um dann wieder sehr langsam infolge einer zunehmenden Beladung des NOx- Speicherkatalysators 16 anzusteigen. Eine zuverlässige Voraussage des Zeitpunktes des Minimums min ist praktisch nicht möglich, weshalb die Vorgabe einer festen Zeitspanne nach Umschaltung aus dem Regenerationsmodus R in den Magermodus M zur Messung des Nullpunktsignals des NOx-Sensors 18 als wenig sinnvoll erscheint. Aus diesem Grund ist entsprechend der vorliegenden Erfindung vorgesehen, den Verlauf der Signalkurve SK über eine längere Betriebsphase nach Beendigung der Regeneration R zu beobachten und das globale Minimum min in dieser Phase zu ermitteln. Dies geschieht vorzugsweise, indem in dem vorgegebenen Zeitfenster Meßsignale erfaßt und sukzessiv miteinander verglichen werden. Unterschreitet ein aktuelles Meßsignal ein vorläufiges Minimum, so wird das aktuelle Signal als neues Minimum gemerkt. Auf diese Weise bleiben sogenannte Ausreißer oder scharfe Spannungsspitzen unberücksichtigt, die zu lokalen Minima führen können. Somit sind auch Signalkurven SK, die einem weniger idealen Verlauf entsprechen als dem dargestellten, der Auswertung zugänglich. Das geschilderte Verfahren ermöglicht also auch, bei einem niedrigen Signal-Rausch-Verhältnis, das heißt bei einem hohem Grundrauschen, und bei Unregelmäßigkeiten in der Kennlinie K, wie es insbesondere bei gealterten NOx-Sensoren 18 beobachtet wird, eine zuverlässige Detektion des Minimums min.
Die Minimumsuche wird nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne nach Umschaltung in den Magermodus M zum Zeitpunkt t£ beendet. Statt einer Zeitspanne kann ebensogut eine durchgesetzte Abgas- oder Reduktionsmittelmasse oder eine Anzahl von Meßpunkten vorgegeben werden.
Wie bereits oben erläutert, ist weiterhin vorgesehen, daß das Minimum zur Kalibrierung nur dann freigegeben wird, wenn weitere Randbedingungen erfüllt sind. Dies betrifft beispielsweise eine Temperatur des NOx-Speicherkatalysator 16, die in einem Bereich liegen sollte, der eine zuverlässige Einspeicherung von NOx garantiert. Als zusätzliche Maßnahme zur Validierung eines gefundenen Minimums min ist es vorteilhaft, das gefundene Minimum min anhand vorgegebener Kriterien zu überprüfen. So ist in Figur 3 beispielhaft ein Schwellenwert SW dargestellt, dessen Unterschreitung Voraussetzung für die Freigabe des gefundenen Minimums min sein kann. Es kann femer gefordert werden, daß die Schwelle SW für eine vorgegebene Mindestdauer unterschritten werden muß.
Sind während der gesamten Minimumsuche die vorgegebenen Randbedingungen erfüllt und entspricht das gefundene globale Minimum min den aufgestellten Kriterien, so wird das Minimum min unmittelbar als Nullpunkt des NOx-Sensors 18 freigegeben und eine Offset-Korrektur des Sensors 18 durchgeführt. Das gefundene Minimum min behält solange seine Gültigkeit, bis ein neues Minimum in einer nachfolgenden Minimumsuche ermittelt wird. Eine Minimumsuche kann - unter Einhaltung der beschriebenen Randbedingungen - nach jeder NOx-Regeneration durchgeführt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Bestimmung einer NOx-Konzentration eines Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine mittels einer stromab eines NOχ- Speicherkataiysators in einem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-empfindlichen Meßeinrichtung, insbesondere eines NOx- Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Betriebsphase der Verbrennungskraftmaschine (10), in der die NOx-Konzentration an der Position der NOχ-empfindlichen Meßeinrichtung (18) einen Wert nahe Null erreicht, eine Suche nach einem niedrigen Wert, insb. einem Minimum (min) einer Signalkurve (SK) der Meßeinrichtung (18) durchgeführt wird und der gefundene Wert (min) als Bezugspunkt, insb. Nullpunkt für eine Kalibrierung der Meßeinrichtung (18) übernommen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Suche nach dem Minimum (min) direkt oder kurz nach einer NOx-Regeneration oder einer Entschwefelung des NOχ-Speicherkatalysators (16) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Suche nach dem Minimum (min) die Schritte umfaßt
(a) Erfassung von Signalwerten der Meßeinrichtung (18) in vorgegebenen Zeitabständen oder nach vorgegebenen Abgas- oder Reduktionsmitteldurchsätzen,
(b) Vergleich eines Signalwertes mit einem zuletzt gespeicherten Minimum (min),
(c) Abspeichern des Signalwertes als neues Minimum (min), wenn dieses kleiner ist als das zuletzt gefundene Minimum (min), und
(d) Beendigung der Suche nach Ablauf einer vorgegebenen Dauer oder eines vorgegebenen Abgas- oder Reduktionsmitteldurchsatzes.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gefundene Minimum (min) anhand vorgegebener Kriterien einer Plausibilitätsprüfung unterzogen wird, ehe es als Nullpunkt für die Kalibrierung der NOx-empfindlichen Meßeinrichtung (18) übernommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kriterium für das gefundene Minimum (min) ein Unterschreiten eines oberen Schwellenwertes (SW) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kriterium für das gefundene Minimum (min) ein Unterschreiten eines oberen Schwellenwertes (SW) über eine Mindestdauer ist.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kriterium für das gefundene Minimum (min) ein hinreichender Abstand des Minimums (min) zu einem Anfangspunkt und einem Endpunkt der Minimumsuche ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalverlauf vor seiner Auswertung geglättet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Minimumsuche abgebrochen und/oder ein gefundenes Minimum nicht als Nullpunkt für die Kalibrierung der Meßeinrichtung (18) übernommen wird, wenn während der Minimumsuche vorgegebene Randbedingungen für Betriebsparameter nicht erfüllt sind.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Randbedingung ein vorgegebener Temperaturbereich des NOx-Speicherkatalysators (16) ist, der eine hinreichende NOx-Absorption gewährleistet.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Randbedingung ein Magerbetrieb der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder ein mageres Abgas im Bereich des NOx-Speicherkatalysators (16) und/oder im Bereich der Meßeinrichtung (18) ist.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Randbedingung kein Vorliegen einer Schubabschaltungsphase und/oder eines Leerlaufs und/oder eines stark instationären Betriebsmodus der Verbrennungskraftmaschine (10) während der Nullpunktssuche ist.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Randbedingung ein zufriedenstellendes NOx-Speicherverhalten des NOx-Speicherkatalysators (16), beispielsweise laut eines Diagnoseverfahrens, ist.
14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Randbedingung ein vorgegebener Bereich eines NOx-Rohmassenstroms ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nullpunktssuche nach jeder NOx-Regeneration oder Entschwefelung durchgeführt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gefundene Minimum (min) unmittelbar nach seiner Validierung als Nullpunkt für die Kalibrierung der Meßeinrichtung (18) freigegeben wird.
17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gefundene Minimum (min) solange seine Gültigkeit behält, bis ein neues Minimum (min) ermittelt wurde.
18. Vorrichtung zur Bestimmung einer NOχ-Konzentration eines Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine mittels einer stromab eines NOχ- Speicherkatalysators in einem Abgasstrang der Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-empfindlichen Meßeinrichtung, insbesondere eines NOx- Sensors, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, mit welchen die Verfahrensschritte Suche eines niedrigen Wertes, insb. eines Minimums (min) einer Signalkurve (SK) der Meßeinrichtung (18), in einer Betriebsphase der Verbrennungskraftmaschine (10), in der die NOχ-Konzentration an der Position der NOχ-empfindlichen Meßeinrichtung (18) einen Wert nahe Null durchläuft und Übernahme des gefundenen Wertes (min) als Bezugspunkt, insb. Nullpunkt für eine Kalibrierung der Meßeinrichtung (18), ausführbar sind.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel eine Steuereinheit (22) umfassen, in der eine Prozedur zur Steuerung der Verfahrensschritte zur Bestimmung einer NOχ-Konzentration in digitaler Form hinterlegt ist.
0. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (22) in ein Motorsteuergerät (20) integriert ist.
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