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Gebiet der
Erfindung
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Das Gebiet der Erfindung betrifft
allgemein die Steuerung von Motoren mit Magergemischverbrennung
und insbesondere die Bestimmung des Zeitpunktes der Beendigung des
Magerbetriebes.
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Hintergrund
der Erfindung
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Mit Magergemischverbrennung arbeitende Motoren
verwenden mit dem Motor verbundene Abgasreinigungsvorrichtungen
zur Speicherung von NOx während des
Magerbetriebs und zur anschließenden
Reduzierung eingelagerter NOx, wenn der Motor
fett arbeitet.
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Die Bestimmung, wann der Motor fett
zu betreiben und die Magergemischverbrennung zu beenden ist, kann
auf der Grundlage verschiedener Verfahren beruhen. Bei einem in
EP 598917 beschriebenen Ansatz
wird die in der Vorrichtung eingelagerte NO
x-Menge
auf der Grundlage der im Motor erzeugten NO
x-Menge geschätzt. Wenn
diese Schätzung von
eingelagerten NO
X einen vorbestimmten Wert
erreicht, wird der Motor von mager auf fett umgestellt.
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Ein anderer Ansatz wird bei Katoh
et al. (U.S.-Patent 5.483.795) beschrieben, wo die das Auspuffendrohr
verlassende Menge von NOX pro Meile dazu
herangezogen wird, den Magerbetrieb zu beenden und zum fetten Betrieb überzugehen.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung
erkannten einen Nachteil solcher Ansätze bei bestimmten Situationen.
Insbesondere können,
wenn lediglich Bedingungen im oder stromab vom Katalysator herangezogen
werden, bestimmte Situationen zu übermäßigen NOx-Emissionen
führen,
denn die entsprechenden Sollwerte sind in diesem Fall vom Motorbetrieb
unabhängig.
Beispielsweise haben die Erfinder anerkannt, dass während einer
Betätigung
des Gaspedals ausgehend vom Leerlaufzustand ein hoher NOx-Wert und ein Strom mit höherer Raumgeschwindigkeit
erzeugt werden. Bei einer relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit
kann selbst eine relativ leere NOx-Falle
gleichwohl unter solchen Bedingungen hoher NOx-Werte und Raumgeschwindigkeit zu
einer ausgeprägten
Auspuffendrohr-NOx-Spitze führen.
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Die vorstehend beschriebenen Nachteile werden
durch ein Verfahren zur Steuerung eines mit einer Abgasreinigungsvorrichtung
verbundenen Motors überwunden.
Das Verfahren umfasst: Magerbetrieb, Bestimmen eines ersten Kriteriums
für die
Beendigung des Magerbetriebs und den Übergang auf stöchiometrischen
oder fetten Betrieb, wobei das genannte erste Kriterium mindestens
auf einem Betriebszustand beruht, Bestimmen eines zweiten Kriteriums
für die
Beendigung des Magerbetriebs und den Übergang auf stöchiometrischen
oder fetten Betrieb, wobei das genannte zweite Kriterium mindestens
auf einer Erhöhung
eines Motorwertes basiert, und Übergang
auf stöchiometrischen
oder fetten Betrieb für
eine bestimmte Zeitdauer, um als Reaktion auf das genannte zweite
Kriterium auch dann eingelagertes NOX auszuspülen, wenn
das genannte erste Kriterium nicht erreicht wurde, und anschließendes Zurückgehen
auf den Magerbetrieb.
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Bei einem bestimmten Ausführungsbeispiel erfasst
die vorliegende Erfindung eine Steigerung bei der Motorleistungsabgabe
durch die Bestimmung, ob es ausgehend von Leerlaufzuständen zu
einer Betätigung
des Gaspedals kam. In diesem Fall führt der Motor eine fette NOx-Spülung
auch dann aus, wenn die NOx-Falle relativ
wenig eingelagertes NOX erhält oder
wenn die aktuellen emittierten NOX in Gramm pro Meile eindeutig
unterhalb des Sollwertes liegt. Dies erlaubt eine NOx-Spülung, wenn
das NOx im zugeführten Gas und die Motorlast
hoch sind. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil der Wirkungsgrad der
Abgasreinigungsvorrichtung hin sichtlich der NOx-Einlagerung
typischerweise bei sich aus hohen Lasten ergebenden hohen Raumgeschwindigkeiten
gering ist.
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Des weiteren liefert der fette Betrieb
eine schnelle Drehmomentreaktion und führt die NOx-Spülung rasch
aus. Des weiteren führt
diese schnelle Drehmomentreaktion bei dem Beschleunigen nach dem
Leerlauf zu großer
Kundenzufriedenheit, weil die für
die Verbrennung des Kraftstoffs notwendige Luft aufgrund des Magerbetriebs
im Zylinder bereits vorhanden ist. Mit anderen Worten gibt es keine
Verzögerung
durch Krümmerauffüllung, was
der Fall wäre,
wenn ein gewünschtes
mageres Luft-/Kraftstoffverhältnis
während
der Betätigung
des Gaspedals aufrecht erhalten würde.
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Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung
liegt darin, dass eine verbesserte Kraftstoffökonomie ebenso erreicht werden
kann wie eine präzisere
Motorleerlaufregelung.
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Anzumerken ist, dass es verschiedene
Möglichkeiten
zur Bestimmung des ersten und zweiten Kriteriums nach der vorliegenden
Erfindung gibt. Diese können
beispielsweise umfassen eine Zunahme der Pedalposition, eine Zunahme
beim gewünschten Drehmoment
an den Antriebsrädern,
eine Zunahme des Motorluftdurchsatzes oder der Raumgeschwindigkeit,
eine Rate der Veränderung
der Pedalposition oder verschiedene andere, eine Zunahme der Motorleistungsabgabe
anzeigende Parameter. Des weiteren ist anzumerken, dass verschiedene
Verfahren herangezogen werden können,
um das erste Kriterium zu erzeugen, wie z.B. die Schätzung des
Zeitpunktes, zu dem eine in der Abgasreinigungsvorrichtung eingelagerte
NOx-Menge einen Schwellenwert erreicht,
Messen oder Schätzen
des Zeitpunkts, zu dem eine die Abgasreinigungsvorrichtung verlassende
NOx-Menge
einen Schwellenwert erreicht, und sogar Anpassen der Schwellenwerte
abhängig
von Betriebsbedingungen, wie z.B. Abgastemperatur oder seit dem
Motorstart vergangene Zeit.
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Weitere erfindungswesentliche Merkmale gehen
aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf
die Zeichnungen Ausführungsbeispiele
erläutert
werden. In den Zeichnungen zeigen:
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1 und 2 eine Teilansicht eines
Motors;
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3 und 8 ein Übersichtsflussdiagramm nach
der vorliegenden Erfindung;
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4 eine
Graphik mit der Darstellung des Betriebs nach der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Tabelle von bei der Steuerung des Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnisses
verwendeten Daten;
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6 eine
Graphik eines zur Steuerung des Motors verwendeten Parameters;
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7 verschiedene
Beispiele von Strategien der Spülung
durch fetten Betrieb;
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8A – 8C den Betrieb nach der vorliegenden
Erfindung und
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9 – 12 Versuchsergebnisse bei
Verwendung der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise.
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Detaillierte
Beschreibung der Erfindung
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Die 1 und 2 zeigen einen Zylinder eines mehrere
Zylinder umfassenden Motors ebenso wie den mit dem genannten Zylinder
verbundenen Einlass- und Auslassweg.
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Es wird mit 1 fortgefahren. Ein eine Vielzahl von
Brennräumen
aufweisender Innenverbrennungsmotor mit Direkteinspritzung 10 wird
durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Brennraum 30 des
Motors 10 wird so dargestellt, dass er Brennraumwände 32 mit
einem darin angeordneten und mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Kolben 36 aufweist.
Ein (nicht gezeigter) Anlassermotor ist über ein (nicht gezeigtes) Schwungrad
mit der Kurbelwelle 40 verbunden. Bei diesem besonderen
Beispiel weist der Kolben 36 eine (nicht gezeigte) Aussparung
oder Mulde auf, um die Bildung von Schichtladungen von Luft und
Kraftstoff zu unterstützen.
Der Brennraum bzw. Zylinder 30 wird so dargestellt, dass
er über
jeweilige (nicht gezeigte) Einlassventile 52a und 52b und
(nicht gezeigte) Auslassventile 54a und 54b mit
einem Ansaugkrümmer 44 und einem
Abgaskrümmer 48 verbunden
ist. Ein Kraftstoffinjektor 66A wird als direkt mit dem
Brennraum 30 verbunden dargestellt, um diesem proportional
zur Impulsbreite eines über
einen konventionellen elektronischen Treiber 68 vom Steuergerät 12 erhaltenen Signals
fpw eingespritzten Kraftstoff direkt zuzuführen. Dem Kraftstoffinjektor 66A wird über ein
(nicht gezeigtes), einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und ein
Kraftstoffverteilerrohr umfassendes an sich bekanntes Hochdruckkraftstoffsystem
Kraftstoff zugeführt.
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Der Ansaugkrümmer 44 wird als über die Drosselklappenplatte 62 mit
einem Drosselklappenkörper 58 verbunden
dargestellt. Bei diesem besonderen Ausführungsbeispiel ist die Drosselklappenplatte 62 mit
einem Elektromotor 94 verbunden, so dass die Stellung der
Drosselklappenplatte 62 durch das Steuergerät 12 über den
Elektromotor 94 gesteuert wird. Diese Konfiguration wird
allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet,
welche auch während
der Leerlaufregelung verwendet wird. Bei einem (nicht gezeigten)
alternativen Ausführungsbeispiel,
das dem Fachmann an sich bekannt ist, ist parallel zur Drosselklappenplatte 62 ein Bypass-Luftkanal
angeordnet, um den während
der Leerlaufregelung angesaugten Luftstrom über ein im Luftkanal angeordnetes
Drosselklappensteuerventil zu steuern.
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Ein Abgassensor 76 wird
als stromauf des Katalysators 70 mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden
dargestellt. (Anzumerken ist, dass der Sensor 76 abhängig von
der Abgasführung
verschiedenen unterschiedlichen Sensoren entspricht. Beispielsweise könnte er
ein HEGO-Sensor, ein UEGO-Sensor oder ein ähnlicher Sensor sein. Das heißt, der
Sensor 76 kann ein beliebiger von den zahlreichen bekannten Sensoren
zur Lieferung einer Angabe des Luft-/Kraftstoffverhältnisses sein,
wie z.B. eine lineare Lambdasonde, eine Zweistufen-Lambdasonde oder
ein HC- oder CO-Sensor. Bei diesem besonderen Beispiel ist der Sensor 76 eine
Zweistufen-Lambdasonde, die das EGO(Lambdasonden)-Signal dem Steuergerät 12 zuführt, welches
das EGO-Signal in ein Zweistufensignal EGOS umwandelt. Ein hoher
Spannungszustand des EGOS-Signals gibt an, dass die Abgase fetter
als das stöchiometrische
Verhältnis
sind, und ein niedriger Spannungszustand des EGOS-Signals gibt an,
dass die Abgase magerer sind als das stöchiometrische Verhältnis. Das
EGOS-Signal wird vorteilhafterweise in an sich bekannter Weise während der Luft-/Kraftstoffregelung
im geschlossenen Regelkreis genutzt, um während der stöchiometrischen
homogenen Betriebsart das durchschnittliche Luft-/Kraftstoffgemisch beim stöchiometrischen
Verhältnis
zu halten.
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Ein an sich bekanntes verteilerloses
Zündungssystem 88 liefert
als Reaktion auf das Vorzündungssignal
SA aus dem Steuergerät 12 über eine Zündkerze 92 einen
Zündfunken
an den Brennraum 30.
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Das Steuergerät 12 bewirkt, indem
es den Zündzeitpunkt
regelt, dass der Brennraum 30 entweder in einer homogenen
Luft-/Kraftstoff-Betriebsart oder in einer geschichteten Luft-/Kraftstoff-Betriebsart
arbeitet. In der Schichtladungsbetriebsart aktiviert das Steuergerät 12 den
Kraftstoffinjektor 66A während des Verdichtungstaktes
des Motors, so dass Kraftstoff direkt in die Mulde des Kolbens 36 eingespritzt
wird. Entsprechend werden unterschiedliche Luft-/Kraftstoffschichten
ausgebildet. Die Schicht, die der Zündkerze am nächsten liegt,
enthält
ein stöchiometrisches
Gemisch oder ein etwas fetteres Gemisch als das stöchiometrische
Gemisch, und die anschließenden
Schichten enthalten zunehmend magerere Gemische. Während der
homogenen Betriebsart aktiviert das Steuergerät 12 den Kraftstoffinjektor 66A während des
Ansaugtaktes, so dass ein im wesentlichen homogenes Luft-/Kraftstoffgemisch gebildet
wird, wenn durch das Zündungssystem 88 der
Zündstrom
der Zündkerze 92 zugeführt wird.
Das Steuergerät 12 steuert
die durch den Kraftstoffinjektor 66A abgegebene Kraftstoffmenge
in der Weise, dass das homogene Luft-/Kraftstoffgemisch in dem Brennraum 30 so
gewählt
werden kann, dass es dem stöchiometrischen
Verhältnis,
einem Wert fetter als das stöchiometrische
Verhältnis
oder einem magereren Wert als das stöchiometrische Verhältnis entspricht.
Das geschichtete Luft-/Kraftstoffgemisch wird immer bei einem magereren
Wert als das stöchiometrische
Verhältnis
liegen, wobei das genaue Luft-/Kraftstoffverhältnis eine Funktion der dem Brennraum 30 zugeführten Kraftstoffmenge
ist. Eine zusätzliche
gesplittete Betriebsart, bei der während des Auspufftaktes zusätzlicher
Kraftstoff eingespritzt wird, wenn der Motor in der Schichtladungsbetriebsart
arbeitet, ist ebenfalls möglich.
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Eine Stickoxyd(NOx)-Absorptionsvorrichtung
oder -falle 72 wird als stromab vom Katalysator 70 angeordnet
gezeigt. Die N0x-Falle 72 ist ein
3-Wege-Katalysator, der NOx absorbiert,
wenn der Motor 10 in der magereren als der stöchiometrischen
Betriebsart läuft.
Die absorbierten NOx reagieren anschließend mit
HC und CO und werden katalysiert, wenn das Steuergerät 12 veranlasst,
dass der Motor 10 entweder in einer fetten homogenen Betriebsart oder
in einer nahezu stöchiometrischen
homogenen Betriebsart arbeitet. Diese Betriebsart liegt während eines
NOx-Spülzyklus
vor, wenn gewünscht
wird, eingelagerte NOx aus der NOx-Falle 72 auszuspülen, oder
während
eines Dampfspülzyklus
zur Rückgewinnung
von Kraftstoffdämpfen
aus einem Kraftstofftank 160 und einem Kraftstoffdampfspeicher 164 über ein
Spülsteuerventil 168 oder
bei Betriebsarten, die mehr Motorleistung erfordern, oder bei Betriebsarten
zur Regelung der Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtungen, wie
z.B. des Katalysators 70 oder der NOx-Falle 72.
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Das Steuergerät 12 wird in 1 als ein an sich bekannter
Mikrocomputer dargestellt, welcher eine Mikroprozessoreinheit 102,
Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104,
ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte,
in diesem besonderen Beispiel dargestellt als ROM-Baustein 106,
einen wahlfreien Zugriffsspeicher (RAM) 108, einen batteriestromgestützten Speicherchip 110 und
einen konventionellen Datenbus aufweist. Darstellungsgemäß erhält das Steuergerät 12 zusätzlich zu
den vorstehend erörterten
Signalen verschiedene Signale aus mit dem Motor 10 verbundenen
Sensoren, hierin eingeschlossen die Messung der angesaugten Luftmenge
(MAF) aus dem mit dem Drosselklappenkörper 58 verbundenen
Luftmengenmesser 100, Motorkühlwassertemperatur (ECT) aus dem
mit einer Kühlwasseraufnahme 114 verbundenen
Temperaturfühler 112,
ein Zündungsprofilaufnehmer(PIP)-Signal
aus dem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118 und
die Drosselklappenstellung TP aus dem Drosselklappenstellungssensor 120 sowie
das Ansaugkrümmerabsolutdruck-Signal (MAP)
aus dem Sensor 122. Das Motordrehzahlsignal RPM wird aufgrund
des PIP-Signals in an sich bekannter Weise durch das Steuergerät 12 generiert, und
ein Ansaugkrümmerdrucksignal
MAP aus dem Ansaugkrümmerdrucksensor
liefert eine Angabe hinsichtlich des Unter- oder Überdrucks
im Ansaugkrümmer.
Während
des stöchiometrischen
Betriebes kann dieser Sensor einen Hinweis auf die Motorlast liefern.
Des weiteren kann dieser Sensor in Verbindung mit der Motordrehzahl
eine Schätzung
der den Zylindern zugeführten
Ladung (einschließlich
Luft) liefern.
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Bei einem bevorzugten Merkmal der
vorliegenden Erfindung erzeugt der Sensor 118, der auch als
Motordrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle
eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen.
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Bei diesem besonderen Beispiel werden
die Temperatur Tcat des Katalysators 70 und die Temperatur
Ttrp der NOx-Falle 72 aus dem Motorbetrieb
abgeleitet.
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Bei einer alternativen Ausführungsform
wird die Temperatur Tcat durch den Temperaturfühler 124 geliefert,
und die Temperatur Ttrp wird durch den Temperaturfühler 126 geliefert.
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Es wird mit 1 fortgefahren. Die Nockenwelle 130 des
Motors 10 wird so dargestellt, dass sie mit Kipphebeln 132 und 134 zur
Betätigung
von Einlassventilen 52a, 52b und Auslassventilen 54a, 54b in
Verbindung steht. Die Nockenwelle 130 ist direkt mit einem
Gehäuse 136 verbunden.
Das Gehäuse 136 bildet
ein Zahnrad mit einer Mehrzahl von Zähnen 138. Das Gehäuse 136 ist
mit einer (nicht gezeigten) inneren Welle hydraulisch verbunden,
welche ihrerseits über
eine (nicht gezeigte) Steuerkette direkt mit der Nockenwelle 130 verbunden
ist. Demzufolge rotieren das Gehäuse 136 und
die Nockenwelle 130 mit einer im wesentlichen der inneren
Nockenwelle entsprechenden Drehzahl. Die innere Nockenwelle dreht
sich in einem konstanten Drehzahlverhältnis zur Kurbelwelle 40.
Jedoch kann durch Beeinflussung der hydraulischen Kupplung, wie
dies später
hierin beschrie ben wird, die relative Position der Nockenwelle 130 zur
Kurbelwelle 40 durch Hydraulikdrücke in der Vorzündungskammer 142 und der
Spätzündungskammer 144 variiert
werden. Indem zugelassen wird, dass Hochdruckhydraulikflüssigkeit
in die Vorzündungskammer 142 eintritt,
wird die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und
der Kurbelwelle 40 nach früh verstellt. Somit öffnen und
schließen
sich die Einlassventile 52a, 52b und die Auslassventile 54a, 54b zu
einem früheren als
dem normalen Zeitpunkt relativ zur Kurbelwelle 40. Analog
wird dadurch, dass zugelassen wird, dass Hochdruckhydraulikflüssigkeit
in die Spätzündungskammer 144 eintritt,
die relative Beziehung zwischen der Nockenwelle 130 und
der Kurbelwelle 40 nach spät verstellt. Somit öffnen und
schließen
sich die Einlassventile 52a, 52b und die Auslassventile 54a, 54b relativ
zur Kurbelwelle 40 zu einem späteren als dem normalen Zeitpunkt.
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Die Zähne 138, die mit dem
Gehäuse 136 und
der Nockenwelle 130 im Eingriff stehen, erlauben die Messung
der relativen Nockenposition über
den Nockenpositionssensor 150, welcher an das Steuergerät 12 ein
Signal VCT liefert. Die Zähne
1, 2, 3 und 4 werden vorzugsweise für die Messung der Nockenposition
verwendet und sind gleichmäßig beabstandet
(beispielsweise sind sie bei einem V-8-Motor mit zwei Zylinderbänken voneinander
um 90° beabstandet),
während
der Zahn 5 wie später
beschrieben vorzugsweise für
die Zylinderidentifizierung herangezogen wird. Zusätzlich sendet
das Steuergerät 12 Steuersignale
(LACT, RACT) an (nicht gezeigte) an sich bekannte Magnetventile,
um den Strom von Hydraulikflüssigkeit
entweder zur Vorzündungskammer 142, zur
Spätzündungskammer 144 oder
zu keiner von beiden zu lenken.
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Die relative Nockenposition wird
unter Verwendung des in
US 5.548.995 ,
das hierin durch Bezugnahme darauf übernommen wird, beschriebenen Verfahrens
gemessen. Allgemein gesagt ergibt die Zeit oder der Drehwinkel zwischen
der ansteigenden Kante des PIP-Signals und der Erhalt eines Signals von
einem der Mehrzahl von Zähnen
138 auf
dem Gehäuse
136 eine
Messgröße der relativen
Nockenposition. Bei dem besonderen Beispiel eines V-8-Motors mit
zwei Zylinderbänken
und einem fünfzahnigen Rad
wird eine Messung der Nockenposition für eine bestimmte Bank viermal
pro Umdrehung erhalten, wobei das zusätzliche Signal für die Zylinderidentifikation
herangezogen wird.
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Der Sensor 160 liefert eine
Angabe sowohl der Sauerstoffkonzentration im Abgas wie auch für die NOx-Konzentration. Das Signal 162 liefert
dem Steuergerät
eine Spannung, welche ein Maß für die O2-Konzentration ist, während das Signal 164 eine Spannung
liefert, die ein Maß für die NOx-Konzentration ist.
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Wie oben beschrieben zeigen die 1 (und 2) lediglich einen Zylinder eines mehrzylindrigen
Motors, wobei jeder Zylinder seinen eigenen Satz an Einlass-/Auslassventilen,
Kraftstoffinjektoren, Zündkerzen
usw. aufweist.
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Es wird nunmehr auf 2 Bezug genommen. Es wird eine Einlasskanaleinspritzungskonfiguration
gezeigt, bei der der Kraftstoffinjektor 66B mit dem Ansaugkrümmer 44 statt
direkt mit dem Zylinder 30 verbunden ist.
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Des weiteren ist bei jeder Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung der Motor mit einem (nicht gezeigten) Anlassermotor
für das
Starten des Motors verbunden. Der Anlassermotor wird mit Strom versorgt,
wenn der Fahrer einen Schlüssel
im Zündschloss,
beispielsweise an der Lenksäule,
umdreht. Der Anlasser wird nach erfolgtem Motorstart ausgekuppelt,
wenn ein entsprechender Nachweis vorliegt, beispielsweise dadurch,
dass der Motor 10 nach einer vorbestimmten Zeit eine vorbestimmte
Drehzahl erreicht. Des weiteren leitet bei jeder Ausführungsform
ein Abgasrückführungs(EGR)-System
eine gewünschte
Menge Abgas vom Abgaskrümmer 48 über ein
(nicht gezeigtes) EGR-Ventil zum Ansaugkrümmer 44. Alternativ
kann durch Steuerung der Auslassventilzeiten ein Teil der Verbrennungsgase
in den Brennräumen
zurückgehalten
werden.
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Der Motor 10 arbeitet in
verschiedenen Betriebsarten, einschließlich Magerbetrieb, fettem
Betrieb und „nahezu
stöchiometrischem" Betrieb. „Nahezu
stöchiometrischer" Betrieb bezeichnet
einen um das stöchiometrische
Luft-/Kraftstoffverhältnis schwankenden
Betrieb. Typischerweise wird dieser schwankende Betrieb durch Rückmeldung
aus den Lambdasonden geregelt. Bei dieser nahezu stöchiometri schen
Betriebsart wird der Motor mit einem Luft-/Kraftstoffverhältnisses
im Bereich des stöchiometrischen
Luft-/Kraftstoffverhältnisses
betrieben.
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Das Rückmeldungs-Luft-/Kraftstoffverhältnis für die Bereitstellung
des nahezu stöchiometrischen
Betriebes herangezogen. Des weiteren kann die Rückmeldung aus Lambdasonden
für die
Steuerung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses während des mageren und während des
fetten Betriebes verwendet werden. Insbesondere kann eine geschaltete
beheizte Lambdasonde (HEGO) für
die Steuerung des stöchiometrischen
Luft-/Kraftstoffverhältnisses
herangezogen werden, indem die Steuerung des eingespritzten Kraftstoffes
(oder von Zusatzluft über
Drosselklappe oder VCT – variable
Nockenposition) auf der Grundlage der Rückmeldung aus der beheizten Lambdasonde
und des gewünschten
Luft-/Kraftstoffverhältnisses
geregelt wird. Des weiteren kann ein UEGO-Sensor (der aufgrund des
Abgas-Luft-/Kraftstoffverhältnisses
einen im wesentlichen linearen Ausgang liefert) für die Steuerung
des Luft-/Kraftstoffverhältnisses
während
der mageren, fetten und stöchiometrischen
Betriebsart verwendet werden. In diesem Fall wird die Kraftstoffeinspritzung
(oder Zusatzluft über
Drosselklappe oder VCT) auf der Grundlage eines gewünschten
Luft-/Kraftstoffverhältnisses und
des Luft-/Kraftstoffverhältnisses
aus dem Sensor angepasst. Darüber
hinaus könnte,
falls gewünscht, eine
einzelne Steuerung des Zylinder-Luft-/Kraftstoffverhältnisses
verwendet werden.
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Es ist weiter anzumerken, dass erfindungsgemäß verschiedene
Verfahren herangezogen werden können,
um das gewünschte
Drehmoment zu halten, wie z.B. Anpassung des Zündzeitpunktes, der Drosselklappenstellung,
variable Nockenwellenposition und der Menge der Abgasrückführung. Des
weiteren können
diese Variablen für
jeden Zylinder einzeln angepasst werden, um Ausgewogenheit zwischen
sämtlichen
Zylindergruppen aufrecht zu erhalten.
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Es wird nunmehr auf 3 Bezug genommen. Es wird eine Routine
für die
Steuerung des Magerbetriebs des Motors und die Durchführung von NOx-Spülungen
beschrieben. Wie bereits hierin erwähnt bezieht sich eine NOx-Spülung
auf fette oder stöchiometrische
durch die Abgasvorrichtungen durchtretende Abgase, so dass vorher
in den Abgasreinigungsvorrichtungen eingelagertes NOX reduziert wird.
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Zunächst bestimmt die Routine im
Schritt 310 das Drehmoment und die Drehzahl des Motors (Te, N).
Bei einem Beispiel bestimmt die Routine das gewünschte Motordrehmoment auf
der Grundlage eines angeforderten Drehmoments des Antriebsstrangs.
Das angeorderte Drehmoment des Antriebsstrangs wird wiederum auf
der Grundlage der Fahrerpedalposition (PP) und der Fahrzeuggeschwindigkeit generiert.
Die Motordrehzahl wird aufgrund des Motorsdrehzahlsensors bestimmt.
Anzumerken ist, dass verschiedene andere Ansätze nach der vorliegenden Erfindung
verwendet werden könnten.
Beispielsweise könnten
die aktuelle Motordrehzahl und das aktuelle Motordrehmoment verwendet
werden. Des weiteren könnte
die Routine eine gewünschte
Motorleistung und eine aktuelle Motordrehzahl bestimmen, oder sie
könnte
ein gewünschtes
Antriebsraddrehmoment verwenden.
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Als nächstes bestimmt die Routine
im Schritt 312, ob Magerbetrieb erforderlich ist. Diese Bestimmung
basiert auf dem in Schritt 310 ermittelten gewünschten Motordrehmoment und
der Motordrehzahl. Insbesondere variiert, wie nachstehend hierin unter
Bezugnahme auf 4 beschrieben,
die gewünschte
Motorbetriebsart zwischen einer mageren Betriebsart, einer stöchiometrischen
Betriebsart und einer fetten Betriebsart. Wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben, wird typischerweise
die Magerbetriebsart bei niedriger bis mittlerer Motordrehzahl und
entsprechenden Drehmomenten angefordert. Bei höherer Motordrehzahl und höheren Drehmomenten
wird der stöchiometrische
Betrieb verwendet. Wenn die Routine im Schritt 312 bestimmt, dass
Magerbetrieb angefordert wurde, geht die Routine zum Schritt 314
weiter.
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Im Schritt 314 betreibt die Routine
den Motor in der mageren Betriebsart. In dieser Betriebsart bestimmt
die Routine die Motorbetriebswerte, wie z.B. Luftdurchsatz, Luft-/Kraftstoffverhältnis, Zündzeitpunkt
usw., auf der Grundlage des gewünschten Drehmoments
und der gewünschten
Drehzahl aus Schritt 310. Als Beispiel zeigt 5 einen gewünschten Luft-/Kraftstoffverhältnis-Wert,
welcher auf der Grundlage von Motordrehmoment und Motordrehzahl
bestimmt wurde. Des weiteren steu ert die Routine im Schritt 314
die Motoraktuatoren, wie z.B. Kraftstoffinjektoren, Zündzeitpunktaktuatoren,
Drosselklappe usw., um die gewünschten
Werte zu erreichen. Anschließend
misst oder schätzt
die Routine im Schritt 316 die NOx im Abgassystem.
In einem Beispiel bestimmt die Routine eine Schätzung der in der Abgasreinigungsvorrichtung
eingelagerten NOx-Menge (ΣNOx). In einem anderen Beispiel bestimmt die
Routine die Menge von NOx im Auspuffendrohr
aufgrund des NOx-Sensors. In noch einem
weiteren Beispiel kann die Routine auf der Grundlage der Menge an
eingelagertem NOX und der Motorbetriebsbedingungen,
wie z.B. Katalysatorspeicherungseffizienz und der in Katalysator
eintretenden NOx Menge, die die Abgasreinigungsvorrichtung
verlassende NOx-Menge schätzen.
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Es wird mit 3 fortgefahren. Im Schritt 318 bestimmt
die Routine die Fahrzeugaktivität,
wie hierin unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Als nächstes
berechnet die Routine im Schritt 320 auf der Grundlage der Fahrzeugaktivität einen
Schwellenwert. Der im Schritt 320 berechnete Schwellenwert wird
mit dem im Schritt 316 verwendeten Systemparameter abgeglichen.
Wenn beispielsweise die NOx-Auspuffsystemwerte
im Schritt 316 gleich der Menge der in der Abgasreinigungsvorrichtung
eingelagerten NOx ist, dann ist der Schwellenwert
im Schritt 320 eine Schwellenmenge von in der Abgasreinigungsvorrichtung
eingelagerten NOX-Wenn alternativ die Routine im Schritt
316 eine tatsächliche Menge
von Auspuffendrohr-NOx pro vom Fahrzeug gefahrener
Strecke bestimmt hat, wäre
der Schwellenwert im Schritt 320 eine Schwellenmenge von Auspuffendrohr-NOx pro vom Fahrzeug gefahrener Entfernung.
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Anschließend bestimmt die Routine im Schritt
322, ob die Auspuffsystem-NOx größer sind als
der im Schritt 320 ermittelte Schwellenwert. Ist die Antwort im
Schritt 322 Nein, geht die Routine zum Schritt 324 weiter. Im Schritt
324 bestimmt die Routine, ob die Bedingungen, unter denen das Fahrzeug aktuell
betrieben wird, entweder einem mageren Konstantfahrzustand oder
einem mageren Leerlaufzustand entsprechen. Ein magerer Konstantfahrzustand
ist beispielsweise der, bei dem das Fahrzeug mager arbeitet und
die Fahrzeuggeschwindigkeit im wesentlichen bei einer gewünschten
Fahrzeuggeschwindigkeit gehalten wird. Analog ist ein Zustand von
magerem Leerlaufbetrieb der, bei dem der Motor mager arbeitet und
das Fahrzeug in der Leerlaufbetriebsart befindlich ist. Die Leerlaufbetriebsart
kann auf verschiedene Weise festgestellt werden, wie z.B. dadurch,
dass festgestellt wird, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit geringer
als ein Schwellenwert ist und die Fahrerpedalposition (PP) unter
einem vorbestimmten Wert liegt. Ist die Antwort im Schritt 324 Nein,
kehrt die Routine zum Schritt 310 zurück, und die Routine wird wiederholt.
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Lautet im Schritt 322 die Antwort
Ja, geht die Routine zum Schritt 326 weiter. Im Schritt 326 stellt die
Routine den Motor zeitlich begrenzt auf den stöchiometrischen oder fetten
Betrieb um, um eingelagerte NOx auszuspülen. Damit
bestimmt das Steuergerät
im Schritt 322, dass der "Füllungs" - oder magere Anteil
eines Mager-Betriebs-Auffüll/Spülzyklus abzuschließen ist,
und beginnt einen Spülvorgang durch
Setzen geeigneter Spülvorgangsflags PRG_FLG
und PRG START FLG auf logisch eins.
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Dieser Spülvorgang wird ausführlicher
hinsichtlich der nachstehend hierin beschriebenen 7 und 8 erläutert. Im
allgemeinen tritt der Übergang
auf stöchiometrischen
oder fetten Betrieb zeitlich begrenzt ein, um in der Abgasreinigungsvorrichtung
eingelagerte NOx zu reduzieren. Anzumerken ist,
dass das Gemisch während
der Spüldauer
stöchiometrisch,
fett oder eine Kombination von beidem sein kann. Dies wird in verschiedenen
Formen hinsichtlich der 7 beschrieben.
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Es wird mit 3 fortgefahren. Lautet die Antwort im
Schritt 324 Ja, geht die Routine weiter zum Schritt 328. Schritt
328 bestimmt, ob die relative Drosselklappenstellung (TP_REL) größer ist
als ein Drosselklappenstellungsschwellenwert, und ob die Abgasraumgeschwindigkeit
(SV) größer ist
als ein zweiter Schwellenwert. Mit anderen Worten bestimmt die Routine,
ob es zu einer Zunahme bei der Motorleistung kam, die bewirken könnte, dass
eine große Menge
von NOX durch den Katalysator hindurchbricht.
Dieses Phänomen
wird hinsichtlich der nachstehend hierin beschriebenen 9 umfassender erläutert. Lautet
die Antwort im Schritt 328 Nein, kehrt die Routine zurück zum Schritt
310 und wiederholt sich. Wenn jedoch die Antwort im Schritt 328
Ja lautet, geht die Routine weiter zu Schritt 326 und führt eine
NOx-Spülung
durch.
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Bei alternativen Ausführungsformen
kann die Bestimmung im Schritt 328 auf verschiedene unterschiedliche
Weisen ausgeführt
werden. Bei einem Beispiel kann die Routine auf der Grundlage der Feststellung,
ob die Raumgeschwindigkeit oder der Motorluftdurchsatz oder die
Motorleistung um mehr als einen vorbestimmten Wert zunimmt, veranlassen, dass
eine Spülung
begonnen wird, wobei der vorbestimmte Wert aufgrund verschiedener
Betriebsbedingungen, wie z.B. Abgastemperatur, angepasst werden
kann. Als ein spezifisches Beispiel kann eine Spülung begonnen werden, wenn
die Veränderung bei
der Pedalstellung einen Schwellenwert erreicht oder wenn die Rate
der Veränderung
der Pedalstellung (im Zeitablauf oder aufgrund von Motorvorgängen) unabhängig von
der Raumgeschwindigkeit einen vorbestimmten Schwellenwert erreicht.
Als ein weiteres spezifisches Beispiel kann eine Spülung ausgelöst werden,
wenn der Motorluftdurchsatz einen Schwellenwert erreicht oder wenn
unabhängig von
der Pedalstellung die Raumgeschwindigkeit einen Schwellenwert erreicht.
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Vom Schritt 326 geht die Routine
zum Schritt 330 weiter. Im Schritt 330 bestimmt die Routine, ob die
Spülsteuerung
abgeschlossen wurde. Lautet im Schritt 330 die Antwort Nein, kehrt
die Routine zum Schritt 326 zurück.
Wenn jedoch die Antwort im Schritt 330 Ja lautet, kehrt die Routine
zum Schritt 310 zurück.
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Auf diese Weise verwendet die Routine
während
des Magerbetriebs mindestens zwei Kriterien für die Feststellung, ob der
Magerbetrieb zu beenden und der Übergang
auf einen stöchiometrischen
oder fetten Betrieb notwendig ist. Das erste Kriterium basiert bei
diesem Beispiel auf NOx im Auspuffsystem, einer
in der Abgasreinigungsvorrichtung eingelagerten NOx-Menge
oder einer das Auspuffendrohr pro von dem Fahrzeug zurückgelegter
Strecke austretenden NOx-Menge. Das zweite
Kriterium basiert auf einer Zunahme eines Motorwertes. In einem
Beispiel ist dies eine Zunahme, wie z.B. eine Zunahme bei einem
Motorluftdurchsatz, Motordrehmoment oder einer Motorzylinderladung.
Bei einem anderen Beispiel ist dies eine Zunahme bei der Drosselklappenstellung
sowie der Abgasraumge schwindigkeit. Jedes dieser Kriterien kann
wie oben beschrieben dazu verwendet werden, zu bestimmen, wann der
Magerbetrieb zu beenden und wann vorübergehend auf stöchiometrischen
oder fetten Betrieb übergegangen werden
muss, bevor auf den Magerbetrieb zurückgegangen wird, wie dies durch
das gewünschte
Motordrehmoment und die Motordrehzahl vorgegeben wird. Auf diese
Weise ist es möglich,
eine adäquate Beherrschung
von transienten NOx-Spitzen zu bewerkstelligen,
während
gleichzeitig auch eine verbesserte Kraftstoffökonomie ohne die Verwendung größerer oder
teurerer Katalysatoren erreicht wird.
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Mit anderen Worten kann, wenn das
Ende des Magerbetriebs durch eine Schätzung von eingelagerten NOx im Gegensatz zum Verfahren nach der vorliegenden
Erfindung auslöst
wird, möglicherweise ein
größerer Katalysator
benötigt
werden, um bei Vorhandensein von transienten (beispielsweise beschleunigungsbedingten)
NOx-Spitzen Abgasvorschriften zu genügen.
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Weiter ist anzumerken, dass das bloße Verlassen
auf das Anfetten aufgrund von Bedingungen hoher Drehzahl/hoher Last
unzureichend ist, um die Nachteile in Verbindung mit früheren Vorgehensweisen
zu beseitigen, da typischerweise eine NOX-Spitze
auftritt, wenn der Fahrer von der Anforderung geringen Drehmoments
auf ein höheres
Drehmomentniveau übergeht,
das aber immer noch in einem Bereich befindlich ist, in dem Magerbetrieb
gewünscht wird.
Mit anderen Worten liefert die vorliegende Erfindung temporäres Anfetten
in einem Bereich, der normalerweise ein Bereich wäre, in dem
Magerbetrieb erforderlich ist. Dies wird umfassender hinsichtlich der 10 bis 12 und insbesondere unter Bezugnahme
auf die Linie 1010a der 10 beschrieben.
Des weiteren erfolgt auch nachstehend eine diesbezügliche Beschreibung
in Verbindung mit 4.
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Es wird nun auf 4 Bezug genommen. Es wird eine Graphik
mit der Darstellung einer gewünschten
Motorbetriebsart als Funktion von Motordrehmoment und Motordrehzahl
gezeigt. Die Graphik zeigt drei Betriebsarten: eine magere Betriebsart, eine
stöchiometrische
Betriebsart und eine fette Betriebsart. Um den Motorbetrieb nach 4 zu erläutern, werden in der Graphik
drei Punkte gezeigt (1, 2, 3). Wenn der Motor sich am Punkt 1 befindet,
ist die gewünschte
Motorbetriebsart Magerbetrieb. So arbeitet der Motor am Punkt 1 mager
mit periodischen Übergängen auf
stöchiometrischen
oder fetten Betrieb, um eingelagerte NOX auf
der Grundlage einer Menge von eingelagerten NOx,
NOx-Emissionen pro zurückgelegter Strecke oder eines
sonstigen NOx-Emissionsschwellenwertes auszuspülen.
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Ein Übergang zur Spülung der
in der Abgasreinigungsvorrichtung eingelagerten NOx kann
jedoch auch durch einen Übergang
von Punkt 1 zum Punkt 2 (beispielsweise einem schnellen Übergang vom
Punkt 1 zum Punkt 2) ausgelöst werden. Damit ist beim Punkt 2 die
gewünschte
Betriebsart nach wie vor eine magere Betriebsart; da jedoch die
gewünschte
Motorleistung möglicherweise über einen Schwellenwert
hinaus zugenommen haben kann, wird der Motor vorübergehend auf stöchiometrischen oder
fetten Betrieb umgestellt, um zu verhindern, dass eine NOx Spitze durch das Auspuffsystem hindurchtritt.
Des weiteren ist der Fall des Übergangs von
Punkt 1 zu 2 gegen den Fall abzuwägen, wenn der Motor vom Punkt 1 auf
Punkt 3 übergeht.
Am Punkt 3 ist der Motor in einer fetten Betriebsart zu
betreiben. Diese Betriebsart ist unterschiedlich zur vorübergehenden
NOx-Spülung, da
am Punkt 3 der Motor kontinuierlich fett betrieben wird,
um dem angeforderten Drehmomentbedarf gerecht zu werden. Wenn also
vom Punkt 1 zum Punkt 3 übergegangen wird, wird der
Motor auch von mager auf fett umgestellt, jedoch wird der Motor,
solange er am Punkt 3 befindlich ist, fett gehalten, bis
der Fahrer ein Drehmoment entweder im stöchiometrischen oder im mageren
Bereich anfordert.
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Es wird nunmehr auf 5 Bezug genommen. Es wird eine Tabelle
gezeigt, welche darstellt, wie das gewünschte Luft-/Kraftstoffverhältnis versus Drehzahl
und Drehmoment angesetzt wird. Anzumerken ist jedoch, dass dies
lediglich eine Ausführungsform
ist, und dass verschiedene andere Herangehensweisen genutzt werden
können.
Beispielsweise kann das gewünschte
Luft-/Kraftstoffverhältnis versus
Drehzahl und Last, Fahrzeuggeschwindigkeit und Antriebsraddrehmoment,
Drehzahl und Motorleistung oder anderer solcher Variablen angesetzt werden.
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6 zeigt,
wie sich der Parameter K mit der Fahrzeugaktivität ändert. In einem Beispiel wird
die Fahrzeugaktivität
dadurch bestimmt, dass die Fahrzeugleistung gefiltert wird. Ein
anderes Beispiel der Fahrzeugaktivität könnten Motordrehzahl- oder Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungen
im Zeitablauf sein.
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Der Parameter K wird dann dazu benutzt,
um den Sollwertbetrag zu modifizieren, welcher dazu verwendet wird,
zu bestimmen, wann der Magerbetrieb zu beenden ist und vorübergehend
auf stöchiometrischen
oder fetten Betrieb umgestellt werden muss, um die eingelagerten
NOX auszuspülen. In einem Beispiel wird
der Sollwert als aus dem Auspuffendrohr austretende Gramm pro Meile
mal K berechnet. In einem anderen Beispiel wird der Sollwertbetrag
von in der Abgasreinigungsvorrichtung eingelagerten NOx mit
K multipliziert.
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Es wird nun auf 7 Bezug genommen. Es werden 6 Graphiken
gezeigt, die verschiedene Formen von Spülzyklen darstellen, die entsprechend
der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Anzumerken ist, dass
dieses lediglich Beispiele der Form der Spülung sind, die verwendet werden
kann, und jede andere Form von vorübergehendem fetten oder stöchiometrischen
Betrieb verwendet werden könnte.
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Insoweit als die Abgasreinigungsvorrichtung(en)
von eingelagerten NOx zu befreien ist(sind), um
die Fähigkeit
zur Einlagerung von NOx erneut aufzufrischen
und damit weiteren Magerbetrieb entsprechend den vorliegenden Umständen zu
ermöglichen, setzt
das Steuergerät
einen Spülvorgang
(Fettbetrieb) immer dann an, wenn dies entweder aufgrund einer Zunahme
bei der Motorleistung (beispielsweise Niedertreten des Gaspedals)
oder auf der Grundlage einer Menge von NOx im
Abgassystem (beispielsweise ΣNOx-Einlagerung oder NOx im
Auspuffendrohr pro vom Fahrzeug zurückgelegter Strecke) angefordert
wird.
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Nach dem Ansetzen eines solchen fetten
Betriebes (in diesem Fall vorübergehender
fetter Betrieb vor der Rückkehr
zu dem aufgrund von Drehzahl und Last erforderlichen Magerbetrieb)
bestimmt das Steuergerät
ein geeignetes fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis als
Funktion der aktuellen Motorbetriebsbedingungen, beispielsweise
aufgrund erfasster Werte für
die Luftmengenstromrate, Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung
oder sonstiger solcher Parameter. Beispielsweise bewegt sich bei
einem Ausführungsbeispiel
das bestimmte fette Luft-/Kraftstoffverhältnis für die Spülung der
Vorrichtung zur Beseitigung eingelagerter NOx typischerweise
von ca. 0,65 für „Niedrig-Drehzahl"-Betriebsbedingungen
bis vielleicht 0,75 oder mehr für
Betriebsbedingungen mit „hoher
Drehzahl". Das Steuergerät hält das festgelegt
Luft-/Kraftstoffverhältnis
(aufgrund von Rückmeldung
von stromauf gelegenen Luft-/Kraftstoffsensoren) so lange, bis eine
vorbestimmte Menge von CO und/oder HC durch die Vorrichtung „durchgebrochen" ist. Diese Schwelle
wird angegeben durch das Produkt:
- (1) der gemessenen
stromab vorhandenen Sauerstoffkonzentration oder des durch einen
stromab gelegenen Luft-/Kraftstoffsensor oder einen anderen solchen
Sensor generierten Luft-/Kraftstoffverhältnisses und
- (2) dem Ausgangssignal AM, das durch den Luftmengensensor generiert
wird.
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In einem Bespiel kann der doppelte,
stromab gelegene Ausgangssensor verwendet werden, um die stromab
vorhandene Sauerstoffkonzentration zu liefern.
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Genauer gesagt und wie in dem als 8 erscheinenden Flussdiagramm
und in den in 8A, 8B und 8C gezeigten Zeichnungen erläutert bestimmt
das Steuergerät
während
des Spülvorgangs und
nach der Bestimmung in Schritt 810, dass ein Spülvorgang ausgelöst wurde
(durch Überprüfen, ob PRG_FLG
gleich 1 ist), im Schritt 812, ob der Spülvorgang gerade begonnen hat,
indem er den Status des Spülstartflags
PRG START FLG prüft.
Wenn der Spülvorgang
gerade begonnen hat, setzt das Steuergerät bestimmte Register (die nachstehend
einzeln zu erläutern
sind) im Schritt 814 auf null zurück. Das Steuergerät bestimmt
anschließend
im Schritt 816 einen ersten Überschusskraftstoffmengenwert XS_FUEL_RATE_
HEGO, wodurch das stromab vorhandene Luft-/Kraftstoffverhältnis „fetter" als ein erster vorbestimmter
leicht fetter Schwellenwert λref ist (der erste Schwellenwert λref wird
kurz, nachdem ein ähnlich
positionierter HEGO-Sensor „umgeschaltet" haben würde, überschritten.
Anzumerken ist jedoch, dass verschiedene andere Schwellenwerte verwendet
werden können,
wie z.B. 0,98 relative Luft-/Kraftstoffverhältnisse).
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Das Steuergerät bestimmt anschließend einen
ersten Überschusskraftstoffmesswert XS_FUEL_1,
z.B. durch das Summieren des Produktes des ersten Überschusskraftstoffmesswertes XS_FUEL_RATE_HEGO
und des durch den Luftmengenstromsensor 24 (bei Schritt
718) generierten Ausgangssignals AM. Der resultierende erste Überschusskraftstoffmesswert
XS_FUEL_1, der die Menge von Überschusskraftstoff
darstellt, welcher die Abgasreinigungsvorrichtung in der Nähe des Endes
des Spülvorganges
verlässt,
wird in dem über
Kreuz schraffierten Bereich mit der Bezeichnung REGION I in der 8C graphisch dargestellt.
Wenn das Steuergerät
bei Schritt 820 bestimmt, dass der erste Überschusskraftstoffmesswert
XS_FUEL_1 einen vorbestimmten Überschusskraftstoffschwellenwert XS_FUEL_REF überschreitet,
wird davon ausgegangen, dass die Falle 36 im wesentlichen
von eingelagertem NOx „freigespült" wurde, und das Steuergerät beendet
den fetten spülenden
Betriebszustand bei Schritt 822, indem es das Spülflag PRG_FLG auf logisch null
zurücksetzt.
Das Steuergerät
initialisiert des weiteren eine Überschusskraftstoffbestimmung nach
dem Spülvorgang,
indem ein geeignetes Flag XS_FUEL_2_CALC auf logisch eins gesetzt
wird.
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Zurückkommend auf die Schritte
810 und 824 der 8 beginnt
das Steuergerät,
wenn das Steuergerät
bestimmt, dass das Spülflag
PRG_FLG nicht gleich logisch eins ist und weiter dass das Überschusskraftstoffbestimmungsflag
nach dem Spülvorgang
XS_FUEL_2_CALC auf logisch eins gesetzt wurde, mit der Bestimmung
der Menge zusätzlichen Überschusskraftstoffes,
der stromauf von der Abgasreinigungsvorrichtung zu dem Zeitpunkt,
zu dem der Spülvorgang
beendet wurde, bereits dem Auspuffsystem zugeführt wurde (und in diesem noch
immer verbleibt).
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Genauer gesagt beginnt das Steuergerät in den
Schritten 826 und 828 die Bestimmung eines zweiten Überschusskraftstoffmesswertes XS_FUEL_2,
indem das Produkt der Differenz XS_FUEL_RATE_STOICH, um die das
stromab vorhandene Luft-/Kraftstoffverhältnis über stöchiometrisch ist, summiert
wird und durch Summieren des Produktes der Differenz XS_FUEL_RATE_STOICH und
der Luftmengenstromrate AM. Das Steuergerät fährt mit dem Summieren der Differenz XS_FUEL_RATE_STOICH
fort, bis das stromab vorhandene Luft-/Kraftstoffverhältnis aus dem stromab gelegenen
Sensor einen stöchiometrischen
Wert beim Schritt 830 der 8 angibt,
wobei dann das Steuergerät
das Überschusskraftstoffbestimmungsflag
nach dem Spülvorgang
XS_FUEL_2_CALC im Schritt 832 auf null setzt.
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Der resultierende zweite Überschusskraftstoffmesswert
XS_FUEL_2, welcher für
die Menge von Überschusskraftstoff
charakteristisch ist, die die Reinigungsvorrichtung nach Beendigung
des Spülvorganges
verlässt,
wird graphisch als die über
Kreuz schraffierte Fläche
REGION II in 8C dargestellt. Vorzugsweise
wird der zweite Überschusskraftstoffwert
XS_FUEL_2 im KAM als Funktion von Motordrehzahl und Motorlast für spätere Nutzung
durch das Steuergerät
für die
Optimierung des Spülvorganges
abgespeichert.
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9 zeigt
eine Graphik mit der Darstellung eines Vergleichs der vorliegenden
Erfindung mit einer Strategie, die es unterlässt, einen Spülzyklus
als Reaktion auf eine Zunahme bei der Motorleistungsabgabe, beispielsweise
als Folge eines Niedertretens des Gaspedals durch den Fahrer, zu
beginnen. Die Graphik zeigt die signifikante Abnahme bei den die
Abgasreinigungsvorrichtung verlassenden NOx, die
in diesem Fall die Auspuffendrohr-NOx sind. 9 zeigt tatsächliche
Fahrzeugemissionsdaten, die in Abgastestlaboratorien erhalten wurden.
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Anzumerken ist, dass, wie oben hierin
beschrieben, der Übergang
zu einem fetten Betrieb nach einem Niedertreten des Gaspedals nach
dessen Erfassen eine schnelle Spülung
der Abgasreinigungsvorrichtung ermöglicht und auch NOX im
Zuführgas
aufgrund des fetten Betriebs reduziert und gleichzeitig eine gute
Drehmomentreaktion für
den Fahrer liefert.
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Die 10 bis 12 zeigen auch experimentelle
Testdaten für
die vorliegende Erfindung. Insbesondere zeigt 10 eine Situation, bei der das Gaspedal
niedergetreten wird, nach ungefähr
1057 Sekunden. Das gewünschte
Luft-/Kraftstoffverhältnis wird durch
die durchgezogene Linie 1010 gezeigt, das gewünschte Drehmoment
wird durch die kurze gestrichelte Linie 1014 gezeigt, und die
Pedalposition wird durch die lange gestrichelte Linie 1012 gezeigt.
Ein Betrieb in an sich bekannter Weise würde zu dem gewünschten
mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis führen, das
durch die Strichpunktlinie 1010a angegeben wird. Obwohl
jedoch das gewünschte
Luft-/Kraftstoffverhältnis
auf der Grundlage eines Drehzahl-Drehmoment-Kennfeldes (oder eines
sonstigen vergleichbaren Kennfeldes) normalerweise während dieses gesamten
Betriebsbereiches einen mageren Betrieb erfordern würde, schaltete
die vorliegende Erfindung die Betriebsarten, wie in 12 gezeigt, von Betriebsart 4 auf
die Betriebsart 6 um. Dies signalisiert eine NOx-Spülung,
wie dies durch das vorübergehend
fette Luft-/Kraftstoffverhältnis
in 10 von ca. 1057 Sekunden
bis 1066 Sekunden gezeigt wird. 11 zeigt
die entsprechende Motorlast und Motordrehzahl.
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Auf diese Weise wird beim Übergang
zwischen Bereichen (beide Bereiche sind Bereiche, in denen Magerbetrieb
erforderlich ist) der Motor vorübergehend
auf fett oder stöchiometrisch
umgestellt, um NOx-Emissionen zu mindern,
obwohl eine Spülung
von eingelagertem NOx aufgrund einer Schätzung der
eingelagerten NOx oder einiger anderer Kriterien
möglicherweise
nicht erforderlich ist.
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Dies schließt die detaillierte Beschreibung der
Erfindung ab.