DE102004002896B4

DE102004002896B4 - Motorsteuerung für ein mit einer Abgasreinigungsvorrichtung ausgestattetes Fahrzeug

Info

Publication number: DE102004002896B4
Application number: DE102004002896A
Authority: DE
Inventors: Gopichandra Bloomfield Surnilla; Jeffrey Scott Birmingham Hepburn; John M. Grosse Ile Roth
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2024-01-21
Also published as: US6915630B2; GB0329355D0; DE102004002896A1; US20040144085A1; GB2399038A

Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Auspuffanlage umfassend eine Abgasreinigungsvorrichtung verbunden ist, die eine NO_x-Falle (72) zum Einfangen von Stickoxiden aufweist, wobei der Verbrennungsmotor im Magerbetrieb mit einem mageren Luft-/Kraftstoffgemisch betrieben und der Magerbetrieb zyklisch durch Spülvorgänge unterbrochen wird, während derer dem Verbrennungsmotor vorübergehend ein stöchiometrisches und/oder fettes Luft/Kraftstoffgemisch zugeführt wird und das von der NOx-Falle (72) eingefangene NOx reduziert wird, wobei eine NOx-Menge in der Auspuffanlage bestimmt und ein Spülvorgang durchgeführt wird, wenn die bestimmte NOx Menge einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spülvorgang auch bei Nichterreichen oder -überschreiten des Schwellwerts für die NOx-Menge in der Auspuffanlage dann durchgeführt wird, wenn eine Zunahme bei der Motorleistung des Verbrennungsmotors bestimmt wird, die einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Auspuffanlage umfassend eine Abgasreinigungsvorrichtung verbunden ist, die eine NOx-Falle zum Einfangen von Stickoxiden aufweist, wobei der Verbrennungsmotor im Magerbetrieb mit einem mageren Luft-/Kraftstoffgemisch betrieben und der Magerbetrieb zyklisch durch Spülvorgänge unterbrochen wird, während derer dem Verbrennungsmotor vorübergehend ein stöchiometrisches und/oder fettes Luft-/Kraftstoffgemisch zugeführt wird und das von der NOx-Falle eingefangene NOx reduziert wird, wobei eine NOx-Menge in der Auspuffanlage bestimmt und ein Spülvorgang durchgeführt wird, wenn die bestimmte NOx Menge einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuerungsvorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.
Hintergrund der Erfindung
Mit Magergemischverbrennung arbeitende Motoren verwenden mit dem Motor verbundene Abgasreinigungsvorrichtungen zur Speicherung von NO_x während des Magerbetriebs und zur anschließenden Reduzierung eingelagerter NO_x, wenn der Motor fett arbeitet.
Die Bestimmung, wann der Motor fett zu betreiben und die Magergemischverbrennung zu beenden ist, kann auf der Grundlage verschiedener Verfahren beruhen. Bei einem in der EP 598917 A1 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.
Ein anderer Ansatz wird in der US 5.483.795 beschrieben, wo die das Auspuffendrohr verlassende Menge von NO_x pro Meile dazu herangezogen wird, den Magerbetrieb zu beenden und zum fetten Betrieb überzugehen.
Solche Ansätze haben bei bestimmten Situationen einen Nachteil. Insbesondere können, wenn lediglich Bedingungen im oder stromab vom Katalysator herangezogen werden, bestimmte Situationen zu übermäßigen NO_x-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 NO_x-Wert und ein Strom mit höherer Raumgeschwindigkeit erzeugt werden. Bei einer relativ niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit kann selbst eine relativ leere NO_x-Falle gleichwohl unter solchen Bedingungen hoher NO_x-Werte und Raumgeschwindigkeit zu einer ausgeprägten Auspuffendrohr-NO_x-Spitze führen.
Die DE 10027738 A1 beschreibt einen Verbrennungsmotor mit einer NO_x-Falle im Abgasstrang, die hinsichtlich ihrer Speicherkapazität stets aufnahmebereit gehalten wird, indem regelmäßig Spülzyklen durchgeführt werden, wenn sich die NO_x-Falle ihrer Speicherkapazität nähert.
Zusammenfassung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Steuerungsvorrichtung der genannten Art zu schaffen, die Nachteile des Standes der Technik vermeiden und Letzteren in vorteilhafter Weise weiterbilden. Insbesondere soll die ausgestoßene NO_x-Menge insgesamt betrachtet weiter reduziert werden, indem NO_x durch Brüche trotz an sich aufnahmebereitem NO_x-Katalysator vermieden werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch eine Steuerungsvorrichtung gemäß Anspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Erfindungsgemäß wird also vorgeschlagen, dass ein Spülvorgang auch bei Nichterreichen oder –überschreiten des Schwellwerts für die NO_x-Menge in der Auspuffanlage dann durchgeführt wird, wenn eine Zunahme bei der Motorleistung des Verbrennungsmotors bestimmt wird, die einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel erfasst die vorliegende Erfindung eine Steigerung bei der Motorleistungsabgabe insbesondere durch die Bestimmung, ob es ausgehend von Leerlaufzuständen zu einer Betätigung des Gaspedals kam. In diesem Fall führt der Motor eine fette NO_x-Spülung auch dann aus, wenn die NO_x-Falle relativ wenig eingelagertes NO_x erhält oder wenn die aktuellen emittierten NO_x in Gramm pro Meile eindeutig unterhalb des Sollwertes liegt. Dies erlaubt eine NO_x-Spülung, wenn das NO_x im zugeführten Gas und die Motorlast hoch sind. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil der Wirkungsgrad der Abgasreinigungsvorrichtung hinsichtlich der NO_x-Einlagerung typischerweise bei sich aus hohen Lasten ergebenden hohen Raumgeschwindigkeiten gering ist.
Des weiteren liefert der fette Betrieb eine schnelle Drehmomentreaktion und führt die NO_x-Spülung rasch aus. Ferner 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.
Ein Vorteil liegt auch darin, dass eine verbesserte Kraftstoffökonomie ebenso erreicht werden kann wie eine präzisere Motorleerlaufregelung.
Anzumerken ist, dass es verschiedene Möglichkeiten zur Bestimmung der Kriterien für die Auslösung eines Spülvorgangs gibt. Diese können beispielsweise umfassen eine Zunahme der Pedalposition, eine Zunahme beim gewünschten Drehmoment an den Antriebsrädern, eine Zunahme des Motorluftdurchsatzes oder der Raumgeschwindigkeit des Motorstroms, 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 Erreichen des NO_x-Schwellenwerts zur Auslösung eines regulären Spülzyklus zu bestimmen, wie z.B. die Schätzung des Zeitpunktes, zu dem eine in der Abgasreinigungsvorrichtung eingelagerte NO_x-Menge den Schwellenwert erreicht, Messen oder Schätzen des Zeitpunkts, zu dem eine die Abgasreinigungsvorrichtung verlassende NO_x-Menge den Schwellenwert erreicht, oder auch Anpassen der Schwellenwerte abhängig von Betriebsbedingungen, wie z.B. Abgastemperatur oder seit dem Motorstart vergangene Zeit.
Weitere Merkmale gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in der mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:
1 und 2 eine Teilansicht eines Motors;
3 und 8 ein Übersichtsflussdiagramm nach der vorliegenden Erfindung;
4 eine Graphik mit der Darstellung des Betriebs nach der vorliegenden Erfindung;
5 eine Tabelle von bei der Steuerung des Motor-Luft-/Kraftstoffverhältnisses verwendeten Daten;
6 eine Graphik eines zur Steuerung des Motors verwendeten Parameters;
7 verschiedene Beispiele von Strategien der Spülung durch fetten Betrieb;
8A–C den Betrieb nach der vorliegenden Erfindung und
9–12 Versuchsergebnisse bei Verwendung der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Die 1 und 2 zeigen einen Zylinder eines mehrere Zylinder umfassenden Motors ebenso wie den mit dem genannten Zylinder verbundenen Einlass- und Auslassweg.
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.
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.
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.
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.
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 sche 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.
Eine Stickoxyd(NO_x)-Absorptionsvorrichtung oder –falle 72 wird als stromab vom Katalysator 70 angeordnet gezeigt. Die NO_x-Falle 72 ist ein 3-Wege-Katalysator, der NO_x absorbiert, wenn der Motor 10 in der magereren als der stöchiometrischen Betriebsart läuft. Die absorbierten NO_x 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 NO_x-Spülzyklus vor, wenn gewünscht wird, eingelagerte NO_x aus der NO_x-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 NO_x-Falle 72.
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.
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.
Bei diesem besonderen Beispiel werden die Temperatur Tcat des Katalysators 70 und die Temperatur Ttrp der NO_x-Falle 72 aus dem Motorbetrieb abgeleitet.
Bei einer alternativen Ausführungsform wird die Temperatur Tcat durch den Temperaturfühler 124 geliefert, und die Temperatur Ttrp wird durch den Temperaturfühler 126 geliefert.
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.
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.
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.
Der Sensor 160 liefert eine Angabe sowohl der Sauerstoffkonzentration im Abgas wie auch für die NO_x-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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Es wird nunmehr auf 3 Bezug genommen. Es wird eine Routine für die Steuerung des Magerbetriebs des Motors und die Durchführung von NO_x-Spülungen beschrieben. Wie bereits hierin erwähnt bezieht sich eine NO_x-Spülung auf fette oder stöchiometrische durch die Abgasvorrichtungen durchtretende Abgase, so dass vorher in den Abgasreinigungsvorrichtungen eingelagertes NO_x reduziert wird.
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.
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.
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 NO_x im Abgassystem. In einem Beispiel bestimmt die Routine eine Schätzung der in der Abgasreinigungsvorrichtung eingelagerten NO_x-Menge (ΣNO_x). In einem anderen Beispiel bestimmt die Routine die Menge von NO_x im Auspuffendrohr aufgrund des NO_x-Sensors. In noch einem weiteren Beispiel kann die Routine auf der Grundlage der Menge an eingelagertem NO_x und der Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. Katalysatorspeicherungseffizienz und der in Katalysator eintretenden NO_x-Menge, die die Abgasreinigungsvorrichtung verlassende NO_x-Menge schätzen.
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 NO_x-Auspuffsystemwerte im Schritt 316 gleich der Menge der in der Abgasreinigungsvorrichtung eingelagerten NO_x ist, dann ist der Schwellenwert im Schritt 320 eine Schwellenmenge von in der Abgasreinigungsvorrichtung eingelagerten NO_x. Wenn alternativ die Routine im Schritt 316 eine tatsächliche Menge von Auspuffendrohr-NO_x pro vom Fahrzeug gefahrener Strecke bestimmt hat, wäre der Schwellenwert im Schritt 320 eine Schwellenmenge von Auspuffendrohr-NO_x pro vom Fahrzeug gefahrener Entfernung.
Anschließend bestimmt die Routine im Schritt 322, ob die Auspuffsystem-NO_x 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.
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 NO_x 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.
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 NO_x 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.
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 NO_x 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 NO_x-Spülung durch.
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.
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.
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 NO_x im Auspuffsystem, einer in der Abgasreinigungsvorrichtung eingelagerten NO_x-Menge oder einer das Auspuffendrohr pro von dem Fahrzeug zurückgelegter Strecke austretenden NO_x-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 NO_x-Spitzen zu bewerkstelligen, während gleichzeitig auch eine verbesserte Kraftstoffökonomie ohne die Verwendung größerer oder teurerer Katalysatoren erreicht wird.
Mit anderen Worten kann, wenn das Ende des Magerbetriebs durch eine Schätzung von eingelagerten NO_x im Gegensatz zum Verfahren nach der vorliegenden Erfindung auslöst wird, möglicherweise ein größerer Katalysator benötigt werden, um bei Vorhandensein von transienten (beispielsweise beschleunigungsbedingten) NO_x-Spitzen Abgasvorschriften zu genügen.
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 NO_x-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.
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 NO_x auf der Grundlage einer Menge von eingelagerten NO_x, NO_x-Emissionen pro zurückgelegter Strecke oder eines sonstigen NO_x-Emissionsschwellenwertes auszuspülen.
Ein Übergang zur Spülung der in der Abgasreinigungsvorrichtung eingelagerten NO_x 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 NO_x-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 NO_x-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.
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.
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 Motordrehzahloder Fahrzeuggeschwindigkeitsänderungen im Zeitablauf sein.
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 NO_x 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 NO_x mit K multipliziert.
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.
Insoweit als die Abgasreinigungsvorrichtung(en) von eingelagerten NO_x zu befreien ist(sind), um die Fähigkeit zur Einlagerung von NO_x 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 NO_x im Abgassystem (beispielsweise ΣNO_x-Einlagerung oder NO_x im Auspuffendrohr pro vom Fahrzeug zurückgelegter Strecke) angefordert wird.
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 NO_x 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.

In einem Bespiel kann der doppelte, stromab gelegene Ausgangssensor verwendet werden, um die stromab vorhandene Sauerstoffkonzentration zu liefern.
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 λ_ref 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).
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 NO_x „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.
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).
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.
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.
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 NO_x, die in diesem Fall die Auspuffendrohr-NO_x sind. 9 zeigt tatsächliche Fahrzeugemissionsdaten, die in Abgastestlaboratorien erhalten wurden.
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 NO_x im Zuführgas aufgrund des fetten Betriebs reduziert und gleichzeitig eine gute Drehmomentreaktion für den Fahrer liefert.
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 NO_x-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.
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 NO_x-Emissionen zu mindern, obwohl eine Spülung von eingelagertem NO_x aufgrund einer Schätzung der eingelagerten NO_x oder einiger anderer Kriterien möglicherweise nicht erforderlich ist.
Dies schließt die detaillierte Beschreibung der Erfindung ab.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Auspuffanlage umfassend eine Abgasreinigungsvorrichtung verbunden ist, die eine NO_x-Falle (72) zum Einfangen von Stickoxiden aufweist, wobei der Verbrennungsmotor im Magerbetrieb mit einem mageren Luft-/Kraftstoffgemisch betrieben und der Magerbetrieb zyklisch durch Spülvorgänge unterbrochen wird, während derer dem Verbrennungsmotor vorübergehend ein stöchiometrisches und/oder fettes Luft/Kraftstoffgemisch zugeführt wird und das von der NOx-Falle (72) eingefangene NOx reduziert wird, wobei eine NOx-Menge in der Auspuffanlage bestimmt und ein Spülvorgang durchgeführt wird, wenn die bestimmte NOx Menge einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spülvorgang auch bei Nichterreichen oder -überschreiten des Schwellwerts für die NOx-Menge in der Auspuffanlage dann durchgeführt wird, wenn eine Zunahme bei der Motorleistung des Verbrennungsmotors bestimmt wird, die einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der genannten NOx-Menge in der Auspuffanlage die Menge an von in der Abgasreinigungsvorrichtung (72) eingelagertemn NO_x bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der genannten NOx-Menge in der Auspuffanlage die Menge an von aus der Abgasreinigungsvorrichtung (72) austretenden NO_x bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der genannten NOx-Menge in der Auspuffanlage die Menge von abgegebenen NO_x bezogen auf die zurückgelegte Strecke bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der genannten Motorleistungszunahme die Zunahme einer gewünschten Motorleistungsabgabe bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der genannten Motorleistungszunahme die Zunahme einer aktuellen Motorleistungsabgabe bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der genannten Motorleistungszunahme ein Motorluftdurchsatz erfaßt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der genannten Motorleistungszunahme eine Raumgeschwindigkeit des Motorstroms bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der genannten Motorleistungszunahme eine Veränderung der Gaspedalstellung erfasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der genannten Motorleistungszunahme eine Zunahme des Motordrehmoments bestimmt wird.
Steuerungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, der mit einer Auspuffanlage umfassend eine Abgasreinigungsvorrichtung verbunden ist, die eine NOx-Falle (72) zum Einfangen von Stickoxiden aufweist, mit einem ersten Sensor für die Angabe eines Motorleistungsabgabewertes, einem zweiten Sensor für die Angaben eines Motorluftdurchsatzes, und einem Steuergerät (12), durch das der Verbrennungsmotor im Magerbetrieb mit einem mageren Luft-/Kraftstoffgemisch betrieben und der Magerbetrieb zyklisch durch Spülvorgänge unterbrochen wird, während derer dem Verbrennungsmotor vorübergehend ein stöchiometrisches und/oder fettes Luft-/Kraftstoffgemisch zugeführt wird und das von der NOx-Falle (72) eingefangene NOx reduziert wird, wobei eine NOx-Menge in der Auspuffanlage bestimmt und ein Spülvorgang durchgeführt wird, wenn die bestimmte NOx Menge einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet, und ein Spülvorgang auch bei Nichterreichen oder -überschreiten des Schwellwerts für die NOx-Menge in der Auspuffanlage dann durchgeführt wird, wenn eine Zunahme bei der Motorleistung des Verbrennungsmotors bestimmt wird, die einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder überschreitet.