DE10155929A1

DE10155929A1 - Steuersystem für einen Abgaszustrom zu einem NOx-Katalysator

Info

Publication number: DE10155929A1
Application number: DE10155929A
Authority: DE
Inventors: Frank Ament; David B Brown; David A Frank
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2001-11-14
Publication date: 2002-05-23
Also published as: US6422003B1

Abstract

Ein verbessertes Verfahren einer "adaptiven" Steuerung optimiert eine NO¶x¶-Umwandlungseffizienz, während der Kraftstoffverbrauch minimiert wird. Dieses Verfahren begrenzt den NO¶x¶-Pegel im Zustrom zu einem NO¶x¶-Katalysator auf einen Pegel, den der Katalysator verarbeiten kann, indem bestimmte Motorparameter, nämlich der prozentuale Anteil der Abgasrückführung, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Zündzeitpunkteinstellung in einem Motor mit Fremdzündung oder Kraftstoffeinspritzeinstellung in einem Motor mit Selbstzündung eingestellt werden. Dieses Verfahren hat eine verbesserte Kraftstoffersparnis gegenüber früheren Verfahren zum Steuern von NO¶x¶-Emissionen zur Folge, indem längere Perioden eines Magerbetriebs ermöglicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Steuersysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere auf ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor, das NO_x- Emissionen steuern kann.

In der Technik in bezug auf Verbrennungsmotoren ist be kannt, daß das Betreiben eines Motors mit einem mageren Ge misch aus Kraftstoff und Luft den Wirkungsgrad des Motors verbessert. Dies bedeutet, daß für einen gegebenen Betrag an vom Motor geleisteter Arbeit weniger Kraftstoff verbraucht wird, was eine verbesserte Kraftstoffersparnis zur Folge hat. Auch bekannt ist, daß, wenn das Kraftstoffverhältnis mager ist, eine Reduzierung von NO_x-Emissionen schwierig zu erzie len ist, was zu einer nahezu allgemeinen Nutzung eines stö chiometrischen Betriebs für eine Abgassteuerung von Automo bilmotoren führt. Durch Betreiben eines Motors mit einem stöchiometrischen Gemisch aus Kraftstoff und Luft ist die Kraftstoffersparnis gut, und NO_x-Emissionspegel sind um über 90% reduziert, wenn der Fahrzeugkatalysator einmal Betriebs temperaturen erreicht.

Zusätzlich zum Luft-Kraftstoff-Verhältnis beeinflussen andere, mit dem Verbrennungsprozeß verbundene Parameter den Pegel an vom Motor emittiertem NO_x. Eine Abgasrückführung beispielsweise ist ein Prozeß, durch den ein Teil des vom Motor erzeugten Abgases zur Verbrennungskammer zurückgeleitet wird, um Spitzenverbrennungstemperaturen zu reduzieren. Da hohe Verbrennungstemperaturen hohe NO_x-Emissionen zur Folge haben, reduziert eine Erhöhung des prozentualen Anteils an im Verbrennungsprozeß rückgeführtem Abgas NO_x-Emissionen. Der Pegel von in den Verbrennungsprozeß rückgeführtem Abgas ist jedoch begrenzt, weil zu große Mengen die Verbrennung stoppen würden.

Ein weiterer Parameter, der NO_x-Emissionen vom Motor be einflußt, ist die Zündzeitpunkteinstellung im Motor mit Fremdzündung oder im Falle von Motoren mit Selbstzündung (Diesel) die Kraftstoffeinspritzeinstellung. Die Einstellung der Fremdzündung oder Kraftstoffeinspritzung, welche auch immer anwendbar ist, in der Verbrennungssequenz beeinflußt sowohl Emissionen als auch den Kraftstoffverbrauch. Um NO_x- Emissionen zu reduzieren, wird die Einstellung des Motors von seiner Basislinie - dem Punkt optimaler Kraftstoffersparnis - aus verzögert, was die Spitzenverbrennungstemperatur senkt, die Abgastemperatur erhöht und die Menge an verbranntem Kraftstoff erhöht. Da diese Verringerung der NO_x-Emissionen auf Kosten eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs stattfindet, ist eine Verzögerung einer Zündzeitpunkt- oder Einspritzein stellung des Motors, welche auch immer geeignet ist, einer maximalen Grenze unterworfen.

Da ein Magerbetrieb des Motors die Kraftstoffersparnis verbessert, ist eine Maximierung der Magerbetriebszeit wün schenswert. Katalysatoren und Motorsteuertechnologien arbei ten dahingehend, NO_x-Emissionen während des Magerbetriebs des Motors zu minimieren. Zwei Typen von NO_x-Katalysatorvorrich tungen sind in der Technik standardmäßig. Der häufigste ist der NO_x-Adsorber, der NO_x-Emissionen während eines kraft stoffmageren Betriebs speichert und eine Freisetzung der gespeicherten Emissionen während kraftstofffetter Zustände mit herkömmlicher Dreiwegekatalyse zu Stickstoff und Wasser ermöglicht. Der andere ist der NO_x-Wandler, der NO_x- Emissionen kontinuierlich umwandelt, während der Abgaszustrom durch den Wandler strömt.

Diese NO_x-Katalysatorvorrichtungen sind jedoch beim Redu zieren von NO_x-Emissionen von Fahrzeugen unter allen Be triebsbedingungen nicht 100% effektiv. Versuche, verschiede ne Betriebsbedingungen zu kompensieren, basierten auf einer Steuerung der Menge an Emissionen im Zustrom durch eine indi rekte Messung des Wirkungsgrads des Katalysators. Ein Signal von einem nach dem Katalysator montierten Sauerstoffsensor steuerte das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern. Das Vorhandensein von Sauerstoff, wie er vom Sauerstoffsensor gemessen wurde, gab die Bedingung an, wo NO_x-Emissionen durch den Katalysator nicht effizient entfernt wurden. Der Kataly sator wurde folglich regeneriert, oder eine stöchiometrische Kraftstoffzufuhr wurde erzwungen, was beides zu einem Verlust in der Kraftstoffersparnis führen kann.

Folglich wäre es wünschenswert, eine Einrichtung zum di rekten Steuern der NO_x-Emissionen im Zustrom auf einen Pegel vorzusehen, den der Katalysator unter veränderlichen Be triebsbedingungen effizient verarbeiten kann, um eine optima le Emissionssteuerung zu schaffen und die Kraftstoffersparnis zu verbessern.

Die vorliegende Erfindung ist ein Verfahren zum Steuern von NO_x-Emissionen in einem Verbrennungsmotor, indem die vom Motor zum NO_x-Katalysator strömenden Abgase überwacht werden, festgestellt wird, wann dieser NO_x-Zustrom über dem Pegel einer effizienten Verarbeitung durch den NO_x-Katalysator liegt, und bestimmte Motorparameter eingestellt werden, um den NO_x-Pegel im Zustrom auf einen Pegel zu reduzieren, den der NO_x-Katalysator effizient verarbeiten kann. Auf diese Weise werden NO_x-Emissionen minimiert, während die Kraft stoffersparnis maximiert wird.

Ist der Motor einmal in Betrieb, wird die NO_x-Rate aus dem Motor berechnet. Die NO_x-Rate aus dem Motor ist der Pegel an NOX im Zustrom, der durch den NO_x-Katalysator verarbeitet wird. Die NO_x-Rate aus dem Motor kann unter Verwendung be kannter Motorbetriebsbedingungen modelliert oder aus Messun gen berechnet werden, die unter Verwendung bestehender Sen sortechnologie erhalten werden.

Die Steuerung fährt fort, eine maximale zulässige NO_x- Rate aus dem Motor zu berechnen. Die maximale zulässige NO_x- Rate aus dem Motor ist eine Funktion der NO_x-Katalysator effizienz. Die NO_x-Katalysatoreffizienz ist ein Maß der Menge an NO_x, die der Katalysator verarbeiten kann, was eine Funk tion bestimmter Charakteristiken des Katalysatorzustroms ist, nämlich der Temperatur des Katalysators und des NO_x-Pegels, der vom Katalysator wahrgenommen bzw. empfangen wird.

Falls die NO_x-Rate aus dem Motor kleiner als die maximale NO_x-Rate aus dem Motor oder gleich dieser ist, empfängt dann der Katalysator nicht mehr NO_x, als er verarbeiten kann. Da der Motor im kraftstoffsparenden Bereich arbeitet und NO_x- Emissionen minimiert sind, sind Einsstellungen an Motorpara metern nicht erforderlich. Die Steuersequenz beginnt dann wieder mit der Bestimmung der NO_x-Rate aus dem Motor. Wenn die NO_x-Rate aus dem Motor größer als die maximale NO_x-Rate aus dem Motor ist, empfängt der Katalysator mehr NO_x, als er effizient verarbeiten kann. Die Steuersequenz führt dann Schritte durch, um zumindest einen der folgenden Motorpara meter zu erhöhen, um die NO_x-Rate aus dem Motor zu reduzie ren: Abgasrückführung; Luft-Kraftstoff-Verhältnis und Spät zündung bzw. Zünd- oder Einspritzverzögerung. In welcher Reihenfolge die Einstellungen vorgenommen werden, hängt davon ab, welcher NO_x-Katalysatortyp verwendet wird, ob der Motor ein Motor mit Fremdzündung oder Selbstzündung ist, und von der Gesamtheit der Motorbetriebsbedingungen.

In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird unter normalen Betriebsbedingungen in einem Motor mit Fremdzündung, wo der NO_x-Katalysator ein Adsorber ist, der prozentuale Anteil der Abgasrückführung (EGR) zuerst erhöht, falls mög lich, um die NO_x-Rate aus dem Motor zu reduzieren. Der pro zentuale Anteil der Abgasrückführung (EGR) wird mit einer vorbestimmten maximalen EGR-Rate verglichen. Falls der pro zentuale Anteil der EGR geringer als die maximale EGR-Rate ist, wird der prozentuale Anteil der EGR gemäß herkömmlichen Verfahren zum Erhöhen der Menge an rückgeführtem Abgas um einen vorbestimmten Zunahmefaktor erhöht. Die Steuersequenz beginnt dann wieder bei jedem neuen Betriebspunkt des Motors mit der Bestimmung der NO_x-Rate aus dem Motor.

Falls jedoch der prozentuale Anteil der EGR bei ihrer ma ximalen EGR-Rate liegt, werden dann keine Änderungen im rück geführten Abgas vorgenommen. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F-Verhältnis) wird mit einem vorbestimmten maximalen A/F- Verhältnis verglichen. Falls das A/F-Verhältnis geringer als ein maximales A/F-Verhältnis ist, wird danach das A/F-Ver hältnis gemäß herkömmlichen Verfahren zum Erhöhen des Zylin derkraftstoffpegels um einen vorbestimmten Zunahmefaktor erhöht. Die Steuersequenz beginnt dann wieder beim neuen Betriebspunkt des Motors mit der Bestimmung der NO_x-Rate aus dem Motor.

Falls jedoch das A/F-Verhältnis bei seinem maximalen A/F- Verhältnis liegt, wird dann die Motoreinstellung mit einem vorbestimmten maximalen Wert für die Motoreinstellung vergli chen. Dieser maximale Wert für die Motoreinstellung ent spricht der maximalen zulässigen Verzögerung der Zündzeit punkt- oder Einspritzeinstellung des Motors. In einem Motor mit Fremdzündung ist die Motoreinstellung die Zündzeitpunkt einstellung. In einem Motor mit Selbstzündung ist die Motor einstellung die Kraftstoffeinspritzeinstellung. Falls die Motoreinstellung bei dem die maximale Verzögerung angebenden Wert liegt, beginnt dann die Steuersequenz wieder mit der Bestimmung der NO_x-Rate aus dem Motor. Falls die Motorein stellung geringer als der die maximale Verzögerung angebende Wert ist, wird dann die durch die Motoreinstellung angegebene Verzögerung gemäß herkömmlichen Verfahren zum Vergrößern einer Verzögerung in der Motoreinstellung um einen berechne ten Zunahmefaktor vergrößert. Die Steuersequenz beginnt dann wieder beim neuen Betriebspunkt des Motors mit der Bestimmung der NO_x-Rate aus dem Motor.

Das Verfahren zum Steuern von NO_x-Emissionen der vorlie genden Erfindung liefert mehrere einzigartige Merkmale, die in früher entworfenen Verfahren zum Steuern von NO_x-Emis sionen nicht festgestellt wurden. Zuerst steuert das Verfah ren direkt den Pegel von NOx aus dem Motor, wie es vom Kata lysator wahrgenommen bzw. empfangen wird, auf einen Pegel, den der Katalysator effizient verarbeiten kann, was den Zeit umfang maximiert, in dem der Motor mager betrieben werden kann.

Zweitens wurden, obgleich Verfahren zum Steuern der Ab gasrückführung und Motoreinstellung in der Technik wohlbe kannt sind, diese früher nicht verwendet, um einen mageren Motorbetrieb zu maximieren, wie in der vorliegenden Erfindung offenbart ist.

Die verschiedenen Merkmale, Vorteile und andere Verwen dungen der vorliegenden Erfindung werden durch Verweis auf die folgende ausführliche Beschreibung und Zeichnungen er sichtlicher werden, in welchen

Fig. 1 eine bildliche Darstellung eines Motors mit Fremd zündung und einer Hardware zur Motorsteuerung ist, die am Ausführen des Verfahrens der vorliegenden Erfindung beteiligt ist;

Fig. 2 und 3 Blockdiagramme sind, die einen Ablauf von Operationen zum Ausführen eines Verfahrens dieser Erfindung unter Verwendung der Hardware von Fig. 1 veranschaulichen;

Fig. 4A bis 4E graphische Darstellungen sind, die die Eingangsvariablen in das Modell veranschaulichen, das verwen det wird, um die NO_x-Rate aus dem Motor zu berechnen, in einem Aspekt der vorliegenden Erfindung; und

Fig. 5 eine graphische Darstellung ist, die die Katalysa toreffizienz als Funktion von sowohl der Katalysatortempera tur als auch der Menge an durch den Katalysator geströmten NO_x-Emissionen veranschaulicht.

Nach Fig. 1 empfängt ein Verbrennungsmotor 10 durch eine Drossel 12 zu einem Ansaugkrümmer 14 Ansaugluft zur Vertei lung auf (nicht dargestellte) Ansaugluftkanäle der Motorzy linder. Im Motor mit Fremdzündung dosiert ein Kraftstoff dosiersystem 16 Kraftstoff zum Mischen mit der Ansaugluft, um Kraftstoff-Luft-Gemische zu bilden, die durch den Ansaugkrüm mer 14 in den Motor strömen. Ein von einer Motorsteuereinheit 18 an das Kraftstoffdosiersystem 16 gesendetes KRAFTSTOFF- SIGNAL steuert die Menge an Kraftstoff in den Kraftstoff- Luft-Gemischen. In einem Motor mit Selbstzündung wird die Ansaugluft im Ansaugkrümmer 14 nicht mit dem Kraftstoff ge mischt. Die Ansaugluft strömt in die (nicht dargestellten) Motorzylinder, und der Kraftstoff wird unmittelbar vor einer Verbrennung direkt in die Luft in den Zylindern eingespritzt. Im Motor mit Selbstzündung wird die Einstellung der Kraft stoffeinspritzung zusätzlich zur Menge an eingespritztem Kraftstoff durch das KRAFTSTOFF-SIGNAL auf ein Signal hin durch die Steuereinheit 18 gesteuert.

In Motoren mit Fremdzündung werden Kraftstoff-Luft- Gemische in den Motorzylindern durch einen elektrischen Fun ken gezündet, der von einer in je einem Zylinder angeordneten Zündkerze 20 erzeugt wird. Die Zündkerzen 20 werden durch ein Signal vom Zündungssystem 22 gezündet, welches als eine ihrer Eingaben ein von der Steuereinheit 18 erzeugtes Signal FRÜH- ZÜNDUNG verwendet.

Die Steuereinheit 18 kann eine herkömmliche Mikrosteuer einheit sein, die solche Elemente wie eine zentrale Verarbei tungseinheit (CPU), einen Nurlesespeicher, einen Direkt zugriffsspeicher, eine Eingabe/Ausgabe-Steuerschaltungsanord nung und eine Schaltungsanordnung zur Analog-Digital-Umwand lung enthält. Die Steuereinheit 18 wird bei Anwendung von Zündleistung an einen Motor aktiviert. Wenn sie aktiviert ist, führt die Steuereinheit 18 eine Reihe von Operationen aus, die in einem Format Anweisung nach Anweisung in einem Speicher gespeichert sind, um Operationen zur Motorsteuerung, Diagnose und Wartung vorzusehen.

In einem Motor mit entweder Fremdzündung oder Selbstzün dung strömen in jedem Verbrennungsprozeß der Motorzylinder erzeugte Abgase aus Motorzylindern aus und durch eine oder mehrere Abgasrohrleitungen 24. Ein Teil der Abgase wird über ein Abgasrückführventil (EGR) 26, das durch ein EGR-SIGNAL von der Steuereinheit 18 gesteuert wird, zum Ansaugkrümmer 14 zurückgeführt. Der Rest der Abgase strömt durch einen NO_x- Katalysator 30 und wird durch ein Endrohr 32 ausgestoßen.

Mit dem Motor 10 sind (nicht im Detail dargestellte) be stimmte Motorstatussensoren 28 verbunden, die genutzt werden, um die Leistungsfähigkeit des Motors zu überwachen und be stimmte Parameter an die Steuereinheit 18 zu melden. Unter den gemeldeten Parametern der Statussensoren 28 sind Motor drehzahl (K_NO_x_UpM), Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K_AF_Verhältnis), EGR-Ventilstellung (K_%EGR_Faktor), Luft volumen pro Zylinder (K_Zyl_Ladung_Faktor) und Zündzeitpunkt einstellung (K_Frühzündung_Faktor) oder Kraftstoffeinspritz einstellung.

Die Funktion des NO_x-Katalysators 30 besteht darin, vom Motor erzeugte NO_x-Emissionen zu reduzieren, was ermöglicht, daß der Motor 10 mager und innerhalb akzeptabler Emissionspe gel läuft. In einem Aspekt ist der NO_x-Katalysator 30 ein Adsorber, der NO_x-Emissionen reduziert, indem die NO_x- Emissionen während eines Magerbetriebs gespeichert werden, und sie dann während eines kurzen kraftstofffetten Zyklus entleert. In einem anderen Aspekt ist der NO_x-Katalysator 30 ein herkömmlicher katalytischer Wandler, der NO_x-Emissionen kontinuierlich verarbeitet.

In einem bevorzugten Aspekt ist ein Abgas-NO_x-Sensor 34 vor dem NO_x-Katalysator 30 angeordnet, um die Konzentration von NOx innerhalb des Zustroms zu überwachen und den NO_x- Emissionspegel der Motorabgabe (E/O-NO_x) zu liefern, welcher von einer Motorsteuereinheit 18 empfangen und analysiert wird. Die Steuereinheit 18 bestimmt, ob die NO_x-Emissionen in dem Zustrom zum Katalysator die Leistungsanforderungen des NO_x-Katalysators 30 an einem Punkt erfüllen, bei dem Emissio nen und Kraftstoffverbrauch minimiert sind. Falls nicht, nimmt die Steuereinheit 18 notwendige Einstellungen an be stimmten Motorparametern, nämlich dem KRAFTSTOFF-SIGNAL und dem EGR-SIGNAL und in einem Motor mit Fremdzündung der FRÜH- ZÜNDUNG vor.

Im allgemeinen sorgt diese Prozedur für eine NO_x-Steue rung in einem NO_x-Katalysator 30, um Emissionen zu minimieren und die Kraftstoffersparnis zu maximieren. Im einzelnen wird solch eine Operation bei Schritt 100 in Fig. 2 auf ein Anwen den von Zündungleistung auf eine vorher inaktive Steuerein heit 18 hin durchgeführt und geht weiter, um im Schritt 102 allgemeine Initialisierungsoperationen auszuführen. Solche Initialisierungsoperationen schließen das Einstellen von Zeigern, Setzen von Flags, Registern und RAM-Variablen auf ihre Startwerte ein. Diese Startwerte könnten vorbestimmt oder gelernt und von früheren Betriebsereignissen gespeichert werden, so daß sie für das nächste Ereignis verwendet werden können, ohne sie von einer vorher eingerichteten Basislinie aus erneut lernen zu müssen.

Nach allgemeinen Initialisierungsoperationen wird eine Abfrage diesbezüglich vorgenommen, ob die NO_x-Rate aus dem Motor (E/O-NO_x-Rate) unter Verwendung des in Fig. 1 gezeigten NO_x-Sensors 34 berechnet wird. In einem Aspekt, in dem die Antwort auf die Abfrage in Schritt 108 Ja ist, wird die E/O- NO_x-Rate (g/s) unter Verwendung des NO_x-Sensors 34 bestimmt. In Schritt 110 von Fig. 2 wird der Sensor 34 abgelesen und gespeichert. Der Sensor 34 sollte imstande sein, ein einer NO_x-Konzentration im Zustrom, typischerweise bei Pegeln von 50-2000 ppm, entsprechendes Signal zu liefern. Die vom Sensor 34 angegebene NO_x-Konzentration, E/O-NO_x, wird verwen det, um in Schritt 112 die E/O-NO_x-Rate zu berechnen, indem E/O-NO_x mit einem Konversionsfaktor (K_Konversion_Faktor) und der Menge an durch die Abgasrohrleitungen 24 strömender Luft (Luft_Strom) gemäß der folgenden Formel:

E/O-NO_x-Rate = E/O-NO_x.Luft_Strom.K_Konversion_Faktor

multipliziert wird. Die Bestimmung von Luft Strom ist in der Technik wohlbekannt und im allgemeinen mit der Verwendung eines Luftmeßgerätes verbunden, das die Luft in den Ansaugkrümmer 14 mißt, oder wird gemäß verschiedenen Verfahren berechnet. Ein Verfahren zum Berechnen von berechnet. Ein Verfahren zum Berechnen von Luft Strom ist durch Anwenden der folgenden Formel:

Luft_Strom = UpM.MAP.Motorhubraum/2.(Volumetrische Effizienz)

wobei UpM die Motordrehzahl und MAP der Ansaugluftdruck ist. Der Motorhubraum ist das Volumen an Luft, das verschoben wird, während der Motor über zwei komplette Umdrehungen dreht. Die volumetrische Effizienz hängt von Parametern des Motorentwurfs wie z. B. Kolbengröße, Kolbenhub und Zahl der Zylinder ab und ist ein Maß dafür, wie gut der Motor als Luftpumpe arbeitet.

Zurückkehrend zu Schritt 108 ist die Antwort in Schritt 108 NEIN, falls der NO_x-Sensor 34 nicht genutzt wird, um die E/O-NO_x-Rate zu berechnen. Ein tatsächliche Betriebsbedingun gen einbeziehendes NO_x-Modell wird verwendet, um die E/O-NO_x- Rate zu berechnen. Die Steuersequenz geht zu Schritt 114 weiter, der einen Übergang zwischen Fig. 2 und Fig. 3 für das Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens angibt.

Nun verweisend auf Fig. 3 wird Schritt 114 von Fig. 2 wiederholt, um eine Fortsetzung des Blockdiagramms von Fig. 2 anzugeben. In Schritt 116 werden tatsächliche Betriebsbedin gungen abgetastet. Die betrachteten Bedingungen-Motordreh zahl (K_NO_x_UpM), Luft-Kraftstoff-Verhältnis (K_AF_Ver hältnis), Zündzeitpunkteinstellung (K_Frühzündung_Faktor), EGR-Ventilstellung (K_%EGR_Faktor) und Luftvolumen pro Zylin der (K_Zyl_Ladung_Faktor) - sind in Fig. 4A bis 4E darge stellt. In einem Motor mit Selbstzündung wird anstelle einer Zündzeitpunkteinstellung eine Kraftstoffeinspritzeinstellung genutzt. Zurückkehrend zu Fig. 3 wird in Schritt 118 eine E/O-NO_x-Konzentration berechnet, indem die abgetasteten Be dingungen gemäß der folgenden Formel:

E/O-NO_x-Konzentration = (K_NO_x_UpM).(K_AF_Faktor). (K_Frühzündung_Faktor).(K_%EGR_Faktor). (K_Zyl_Ladung_Faktor)

miteinander multipliziert werden. Die Steuersequenz geht zu Schritt 120 weiter, der einen Übergang zwischen Fig. 3 und Fig. 2 für das Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens angibt.

Nun verweisend auf Fig. 2 wird der Schritt 120 von Fig. 3 wiederholt, um eine Fortsetzung des Blockdiagramms von Fig. 3 anzugeben. Die aus den tatsächlichen Betriebsbedingungen in Schritt 118 von Fig. 3 berechnete Konzentration wird verwen det, um in Schritt 112 von Fig. 2 die E/O-NO_x-Rate zu berech nen, indem die resultierende E/O-NO_x-Konzentration mit einem Konversionsfaktor (K_Konversion_Faktor) und der Menge an durch die Abgasrohrleitungen 24 strömender Luft (Luft Strom) gemäß der folgenden Formel multipliziert wird:

E/O-NO_x-Rate = E/O-NO_x-Konzentration.Luft_Strom.K_Konversion_Faktor

Nachdem die E/O-NO_x-Rate in Schritt 112 berechnet und ge speichert ist, wird gemäß der folgenden Formel in Schritt 122 die maximale zulässige E/O-NO_x-Rate berechnet:

maximale E/O-NO_x-Rate = E/O-NO_x-Rate.Katalysatoteffizienz

wobei E/O-NO_x-Rate die in Schritt 112 berechnete ist und Katalysatoreffizienz vorzugsweise aus Nachschlagetabellen oder mathematischen Modellen bekannter Kurven der Katalysa toreffizienz bestimmt wird, welche Kurven in Fig. 5 veran schaulicht sind. Welche Kurve der Katalysatoreffizienz geeig net ist, hängt von der Katalysatortemperatur ab. Zusammen mit der korrekten Effizienzkurve wird die Menge an durch den Katalysator geströmtem NO_x verwendet, um die Katalysatoreffi zienz zu bestimmen.

Ein Verfahren zum Bestimmen der Katalysatortemperatur, welche angibt, welche Kurve der Katalysatoreffizienz geeignet ist, besteht darin, ein mathematisches Modell oder eine Nach schlagetabelle auf der Basis der bekannten Beziehung von Luft Strom zur Abgastemperatur zu verwenden. Die Abgastempe ratur ist der Temperatur äquivalent, die der Katalysator erfährt. In einem weniger bevorzugten Aspekt ist ein Tempera tursensor im Zustrom eingesetzt, um die Abgastemperatur und daher die Katalysatortemperatur festzustellen, die angibt, entlang welcher Kurve der Katalysatoreffizienz der Katalysa tor arbeitet. Der Temperatursensor wäre, falls er verwendet wird, vorzugsweise mit dem NO_x-Sensor 34 kombiniert, könnte aber ein eigenständiger Sensor sein.

Wo entlang der Kurve der Katalysatoreffizienz der Kataly sator arbeitet, wird bestimmt, indem die in Schritt 112 von Fig. 2 berechnete E/O-NO_x-Rate über ein vorbestimmtes Zeit intervall, vorzugsweise eine Minute, integriert wird. Dieser Schritt liefert die durch den Katalysator geströmte NO_x-Menge in Gramm. Unter Verwendung der Temperatur und der NO_x-Menge wird die Katalysatoreffizienz berechnet und in Schritt 122 von Fig. 2 gespeichert, wobei entweder ein mathematisches Modell oder eine Nachschlagetabelle basierend auf den in Fig. 5 gezeigten Kurven verwendet wird.

Zurückkehrend zu Fig. 2 wird in Schritt 124 die in Schritt 112 gespeicherte E/O-NO_x-Rate mit der in Schritt 122 gespeicherten maximalen zulässigen E/O-NO_x-Rate verglichen. Falls die tatsächliche Rate geringer als die maximale zuläs sige Rate oder dieser gleich ist, arbeitet der Motor in einem kraftstoffsparenden Bereich mit geringen NO_x-Emissionen. Die Steuersequenz beginnt wieder, indem zu Schritt 108 zurückge kehrt wird. Falls die tatsächliche E/O-NO_x-Rate größer als die maximale zulässige Rate ist, werden dann Schritte unter nommen, um die tatsächliche E/O-NO_x-Rate über die Einstellung von Motorparametern zu reduzieren. In einem Aspekt wird zu erst ein Versuch unternommen, die Rate über eine Erhöhung des prozentualen Anteils des rückgeführten Abgases (EGR) zu redu zieren. In Schritt 126 wird der prozentuale Anteil der EGR gemessen und mit einem vorbestimmten maximalen Wert für EGR verglichen. Falls der prozentuale Anteil von EGR geringer als der maximale Wert ist, wird in Schritt 128 der prozentuale Anteil von EGR über das EGR-SIGNAL um einen EGR-Zunahmefaktor erhöht. Die Steuersequenz kehrt dann zu Schritt 108 zurück. Zurückkehrend zu Schritt 126 liegt, falls der prozentuale Anteil der EGR nicht geringer als ihr maximaler Wert ist, dann der prozentuale Anteil der EGR bei seinem maximalen Wert. Weitere Erhöhungen des prozentualen Anteils der EGR sind nicht akzeptabel. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (A/F- Verhältnis) wird vorzugsweise als nächstes analysiert. In Schritt 130 wird das A/F-Verhältnis mit einem vorbestimmten maximalen A/F-Verhältnis verglichen. Falls das A/F-Verhältnis geringer als das maximale A/F-Verhältnis ist, wird dann das A/F-Verhältnis in Schritt 132 um einen A/F-Zunahmefaktor erhöht, indem die Menge an in den Zylindern verbranntem Kraftstoff über das KRAFTSTOFF-SIGNAL reduziert wird. Die Steuersequenz kehrt dann zu Schritt 108 zurück.

Zurückkehrend zu Schritt 130 liegt, falls das A/F- Verhältnis nicht geringer als dessen maximaler Wert ist, dann das A/F-Verhältnis bei seinem maximalen Wert. Weitere Erhö hungen im A/F-Verhältnis sind nicht akzeptabel. Die Steuerse quenz geht folglich weiter, um zu versuchen, die Motorsteue rung einzustellen, um NO_x im Zustrom zu reduzieren. Im Motor mit Fremdzündung ist die Motoreinstellung die Zündzeitpunkt einstellung, welche durch die FRÜHZÜNDUNG gesteuert wird. Im Motor mit Selbstzündung ist die Motoreinstellung eine Kraft stoffeinspritzeinstellung, welche durch das KRAFTSTOFF-SIGNAL gesteuert wird. In Schritt 134 wird die Motoreinstellung mit einem vorbestimmten maximalen Wert für die Motoreinstellung entsprechend der maximalen zulässigen Verzögerung in der Einstellung des Motors verglichen. Falls die Motoreinstellung geringer als dieser maximale Wert ist, wird der Betrag einer Verzögerung in der Motoreinstellung in Schritt 136 um einen Faktor zur Vergrößerung der Verzögerung erhöht. Die Steuerse quenz kehrt dann zu Schritt 108 zurück.

Zurückkehrend zu Schritt 134 liegt, falls die Motorein stellung nicht geringer als der maximale Wert für die Motor einstellung ist, dann die Motoreinstellung bei der maximalen zulässigen Verzögerung. Weitere Einstellungen in FRÜHZÜNDUNG oder dem KRAFTSTOFF-SIGNAL sind nicht akzeptabel. Die Steuer sequenz kehrt zu Schritt 108 zurück.

Die Reihenfolge einer Einstellung von Motorparametern, wie sie hierin erörtert wurde, ist eine bevorzugte Reihenfol ge, wobei der NO_x-Katalysator ein Adsorber ist und der Motor ein Motor mit Fremdzündung ist. Die Reihenfolge von Einstel lungen ist jedoch nicht auf die offenbarte Sequenz begrenzt. Unter anderen Umständen ist wahrscheinlich eine verschiedene Reihenfolge von Einstellungen effektiver beim Minimieren von NO_x-Emissionen, während die Kraftstoffersparnis maximiert wird.

Zusammenfassend gesagt, wurde ein einzigartiges Verfahren einer "adaptiven" Steuerung offenbart, die eine NO_x- Katalysatoreffizienz optimiert, während der Kraftstoff verbrauch minimiert wird. Dieses Verfahren optimiert den NO_x- Pegel im Zustrom zu einem NO_x-Katalysator, indem bestimmte Motorparameter wie z. B. Abgasrückführung, A/F-Verhältnis und Motoreinstellung eingestellt werden, während Änderungen in dem Motorsteuersystem, Kraftstoffeigenschaften und Katalysa toraktivität kompensiert werden. Dieses Verfahren hat eine verbesserte Kraftstoffersparnis gegenüber früheren Verfahren zum Steuern von NO_x-Emissionen zur Folge, da es Vorgänge zur Katalysatorregenerierung oder eine erzwungene stöchiometri sche Kraftstoffversorgung minimiert.

Claims

1. Verfahren zum Steuern eines NO_x-Zustroms in einem Mo tor einem NO_x-Katalysator zugeführt wird, mit den Schritten:
Bestimmen eines Pegels von NO_x-Emissionen aus dem Motor, die in den NO_x-Katalysator eintreten;
Bestimmen eines maximalen Pegels von NO_x-Emissionen aus dem Motor, der vom NO_x-Katalysator vollständig verarbeitet werden kann;
Vergleichen des Pegels von NO_x-Emissionen aus dem Motor mit dem maximalen Pegel von NO_x-Emissionen aus dem Motor;
Durchführen zumindest eines der folgenden Schritte, wenn die NO_x-Emissionen aus dem Motor größer als der maximale NO_x- Pegel sind, der vom NO_x-Katalysator verarbeitet werden kann:

A) Erhöhen des prozentualen Anteils an rückgeführtem Ab gas um einen ersten Zunahmefaktor;
B) Erhöhen des Luft-Kraftstoff-Verhältnis um einen zwei ten Zunahmefaktor; und
C) Vergrößern der Verzögerung in der Motoreinstellung um einen dritten Zunahmefaktor.

2. Verfahren nach Anspruch 1, worin der NO_x-Katalysator ein Adsorber ist und die Schritte A, B und C in der angegebe nen sequentiellen Reihenfolge durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt zum Bestimmen des Pegels von in den mageren NO_x-Katalysator ein tretenden NO_x-Emissionen aus dem Motor durchgeführt wird, indem ein tatsächliche Betriebsbedingungen einbeziehendes erstes NO_x-Modell verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt zum Be stimmen des maximalen NO_x-Pegels, der vom NO_x-Katalysator verarbeitet werden kann, durchgeführt wird, indem ein strom aufwärts des NO_x-Katalysators angeordneter Temperatursensor verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt zum Be stimmen des maximalen NO_x-Pegels, der vom NO_x-Katalysator verarbeitet werden kann, durchgeführt wird, indem ein tat sächliche Betriebsbedingungen einbeziehendes zweites NO_x- Modell genutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, worin der Schritt zum Bestimmen des Pegels von in den mageren NO_x-Katalysator ein tretenden NO_x-Emissionen aus dem Motor durchgeführt wird, indem ein Sensor stromaufwärts des NO_x-Katalysators angeord net wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, ferner mit dem Schritt zum Ausbilden des Sensors als NO_x-Sensor.

8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner mit dem Schritt zum Ausbilden des NO_x-Sensors auch als Temperatursensor.

9. Verfahren nach Anspruch 6, worin der Schritt zum Be stimmen des maximalen NO_x-Pegels, der vom NO_x-Katalysator verarbeitet werden kann, durchgeführt wird, indem der strom aufwärts des NO_x-Katalysators angeordnete Sensor verwendet wird.