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Die
vorliegende Erfindung betrifft die Steuerung eines Verbrennungsmotors
mit magerer Verbrennung und betrifft insbesondere eine Steuerungsstrategie
zur Regeneration eines in dem Abgasweg eines Direkteinspritz-Benzinmotors angeordneten Lean
NOx-Speichers.
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Es
ist im Stand der Technik für
Verbrennungsmotoren bekannt, dass durch Betreiben eines Motors mit
einem niedrigeren als dem stöchiometrischen
(mageren) Gemisch aus Kraftstoff und Luft der Wirkungsgrad des Motors
verbessert wird. Das bedeutet, dass für einen gegebenen Betrag an
von dem Motor geleisteter Arbeit weniger Kraftstoff verbraucht wird,
was in einer verbesserten Kraftstoffsparsamkeit resultiert. Es ist
ebenfalls gut bekannt, dass eine Reduktion von NOx-Emissionen schwierig
zu erreichen ist, wenn der Kraftstoffdurchsatz mager ist, was in
einer beinahe universellen Verwendung eines stöchiometrischen Betriebes für die Abgassteuerung
von Kraftfahrzeugmotoren resultiert. Durch Betreiben eines Motors
mit einem stöchiometrischen
Gemisch aus Kraftstoff und Luft ist die Kraftstoffsparsamkeit gut
und NOx-Emissionswerte werden um über 90% reduziert, sobald der
Fahrzeugkatalysator Betriebstemperaturen erreicht.
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Jüngste Entwicklungen
in Katalysator- und Motorsteuerungstechnologien haben einen Magerbetrieb
des Motors erlaubt, was in einer verbesserten Kraftstoffsparsamkeit
und akzeptablen Werten von NOx-Emissionen resultiert. Eine solche
Entwicklung ist ein NOx-Adsorber (auch als „Lean NOx-Speicher” oder „LNT” bezeichnet), der NOx-Emissionen
während überstöchiometrischer
Betriebe speichert und ein Freisetzen der gespeicherten NOx während unterstöchiometrischer
Bedingungen mit einer herkömmli chen
Dreiweg-Katalyse zu Stickstoff und Wasser erlaubt. Der Adsorber
besitzt eine begrenzte Speicherkapazität und muss mit einem unterstöchiometrischen
reduzierenden „Impuls” regeneriert
werden, wenn er sich seiner Kapazität nähert. Es ist wünschenswert,
den Wirkungsgrad des Regenerationsereignisses des Adsorbers zu steuern,
um eine optimale Emissionsminderung und einen minimalen Kraftstoffverbrauch
bereitzustellen. Verschiedene Strategien wurden vorgeschlagen.
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Es
sind Techniken zum Adsorbieren (Speichern) von NOx bekannt, wenn
das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
des in das NOx-Adsorptionsmittel hinein strömenden Abgases mager ist, und
Freisetzen der adsorbierten NOx (regenerieren), wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
in das NOx-Adsorptionsmittel
hinein strömenden
Abgases fett wird, wobei die Menge von in dem NOx-Adsorptionsmittel
adsorbierten NOx aus der Motorlast und der Motordrehzahl abgeschätzt werden
kann. Wenn die Menge der abgeschätzten
NOx die maximale NOx-Adsorptionskapazität des NOx-Adsorptionsmittels wird, wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des
in das NOx-Adsorptionsmittel hinein strömenden Abgases fett gemacht. Eine
Bestimmung einer Regenerationsphase kann auch auf Basis einzelner
Betriebszyklen des Verbrennungsmotors erfolgen.
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Es
ist auch bekannt, durch Abschätzen
der Menge von in den LNT hinein strömenden NOx mit Hilfe eines
Vor-LNT-Sauerstoffsensors abzuschätzen, wie voll der LNT ist.
Es ist ebenfalls bekannt, eine LNT-Regeneration auf Basis von Abschätzungen
einer angesammelten NOx-Masse und Motorlast- und -drehzahl-Betriebszustandswahrscheinlichkeiten
zu planen.
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Das
US-Patent 6 293 092 von
Ament et al. mit dem Titel „NOx
adsorber system regeneration fuel control” offenbart ein Verfahren zur
Steuerung von Regenerationskraftstoff, der einem Verbrennungsmotor
zugeführt wird,
welcher während
aufeinander folgender Fettgemisch-Regenerationsereignisse eines
NOx-Adsorbers, in denen durch den Adsorber gesammelte NOx-Emissionen
gespült
werden, um eine optimale Emissionsminderung und einen minimalen
Kraftstoffverbrauch bereitzustellen, mit einem mageren Kraftstoff/Luft-Gemisch
betrieben wird. Das Verfahren überwacht
die während
des Regenerationsereignisses aus dem Adsorber ausströmenden Abgase,
um zu detektieren, wenn das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu dem Motor
innerhalb eines übermäßig mageren
oder fetten Bereiches liegt. Wenn die erfassten Abgase ein übermäßig mageres Luft/Kraftststoff-Gemisch enthalten,
wird der Kraftstoff zu dem Motor erhöht. Der Kraftstoff wird verringert,
wenn die erfassten Abgase ein übermäßig fettes Luft/Kraftstoff-Gemisch
enthalten. Der Kraftstoff kann durch Einstellen der Dauer oder des
Kraftstoffdurchsatzes des Regenerationsereignisses erhöht oder verringert
werden. Das
US-Patent Nr. 6 293
092 ist hiermit durch Verweis aufgenommen.
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In
der mit Benzin-Direkteinspritzmotoren (spark-ignition direct injection
engines = SIDI-Motoren) in Beziehung stehenden Technik ist es bekannt, den
Motor in einem Schichtladungsmodus (sehr magerer Betrieb) in einem
niedrigeren Bereich von Motorleistung und in einem homogenen Modus
(weniger magerer, stöchiometrischer
oder unterstöchiometrischer
Betrieb) in einem höheren
Bereich von Motorleistungsabgabe mit einer Zwischenzone, in der
die Zylinder in einer Kombination aus Schichtladungsverbrennung
und Verbrennung mit homogener Ladung arbeiten, zu betreiben. Solch
ein Motorbetrieb kann allgemein als Mischmodus-Betrieb bezeichnet werden.
In dem Schichtladungsmodus wird der Kraftstoff während des Kolbenkompressionshubs
eingespritzt, vorzugsweise in eine Kolbenbrennraummulde, von wo
er zu einer Zündkerze
für eine
Zündung nahe
am Ende des Kompressionshubs geleitet wird. Die Brennkammern enthalten
geschichtete Lagen verschiedener Luft/Kraftstoff-Gemische. Der Schichtmodus
umfasst im Allgemeinen Schichten, die ein stöchiometrisches oder fettes
Luft/Kraftstoff-Gemisch näher
an der Zündkerze
enthalten, wobei tiefere Schichten fortschreitend magerere Luft/Kraftstoff-Gemische enthalten.
In dem Modus homogener Ladung wird Kraftstoff direkt in jeden Zylinder
während
dessen Ansaughubs eingespritzt und kann sich mit der in den Zylinder
eintretenden Luftladung mischen, um eine homogene Ladung zu bilden,
die herkömmlicherweise
nahe am Ende des Kompressionshubs gezündet wird. Der homogene Modus
umfasst im Allgemeinen ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, das stöchiometrisch, überstöchiometrisch
oder unterstöchiometrisch
ist.
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Die
US 2005/0217246 A1 beschreibt
ein Verfahren zur Steuerung eines Direkteinspritz-Benzinmotors während LNT-Regenerationsereignissen,
wodurch das Fahrverhalten durch Anpassen der Kraftstoffzufuhr, um
Pumpverlusten durch höhere
Drosselung bei homogenem Betrieb Rechnung zu tragen, verbessert
wird. Ferner beschreibt die
US 2005/0217240 A1 ein Verfahren zur Steuerung
eines Direkteinspritz-Benzinmotors
während
Lean NOx-Speicher-Regenerationsereignissen, wodurch das Fahrverhalten
durch zeitliche Steuerung von Übergängen zu
homogenem Betrieb in Übereinstimmung
mit Überlegungen
hinsichtlich des Kraftstoff/Luft-Äquivalenz-verhältnisses
verbessert wird.
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Ferner
wird in der
DE 199
63 901 A1 vorgeschlagen, einen NOx-Speicher bereits zu
einem Zeitpunkt zu regenerieren, bei dem der NOx-Speicher noch nicht
ganz voll ist, da hierdurch schädliche NOx-Emissionen
reduziert werden können.
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Es
bleibt im Stand der Technik ein Bedarf an einer LNT-Regenerations-Steuerungsstrategie,
insbesondere für
Benzin-Direkteinspritzmotoren (SIDI-Motoren) mit gemischtem Modus,
die eine LNT-Regeneration ermög licht,
ohne das Fahrverhalten oder NOx-Emissionen an dem Auspuffendrohr negativ
zu beeinflussen.
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Diese
Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, das die Merkmale des Anspruchs
1 aufweist.
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Die
hierin offen gelegte Erfindung betrifft die koordinierte Planung
einer Lean NOx-Speicher(Lean NOx-Trap = LNT)-Regeneration während eines
normalen Fahrzeug-Fahrverhaltens, wobei die Planung abhängig ist
von dem abgeschätzten
Zustand des LNT. Die Erfindung verbessert dadurch die NOx-Emissionsminderung,
ohne das Fahrverhalten oder die Kraftstoffökonomie negativ zu beeinflussen.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Lean NOx-Speicher in dem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors
angeordnet, um Abgasemissionen aus diesem aufzunehmen. Der Motor
kann in einem homogenen Bereich und einem nicht homogenen Bereich
(z. B. Schicht- oder Mischmodus) betrieben werden. Während Perioden
eines mageren Motorbetriebes ist der NOx-Adsorber wirksam, um NOx-Emissionen
zu speichern. Während
Perioden eines fetten Motorbetriebes (d. h. fette homogene Ladung)
setzt der NOx-Speicher die gespeicherten NOx-Emissionen frei, wodurch
der Speicher regeneriert wird. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird die Regeneration des NOx-Speichers mit einem normalen
Motorbetrieb koordiniert. Dies wird erreicht, wo es praktisch ist,
durch Planen einer Regeneration während Perioden, in denen der
Motor in einem homogenen Bereich arbeitet. Die NOx-Speicherung des
NOx-Speichers wird überwacht,
und wenn der NOx-Speicher zu einem bestimmten Grad verstopft wird,
macht es die vorliegende Erfindung wahrscheinlicher, dass der Motor
in einem homogenen Bereich arbeiten wird, indem sie die homogenen und
nicht homogenen Bereiche neu definiert und dadurch den Eintritt
in einen homogenen Bereich beschleunigt sowie eine Regeneration
des NOx-Speichers ermöglicht.
Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können eine hohe Temperatur des
NOx-Speichers wie auch hohe Grade an Verstopfung eine Regeneration
erzwingen, unabhängig davon,
wie die homogenen und nicht homogenen Bereiche definiert sind. Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung können der Grad an Verstopfung
und die Temperatur des NOx-Speichers verwendet werden, um zu definieren,
wie energisch die Regeneration durchgeführt wird. Schließlich kann die
Regeneration durch solche Faktoren wie Abgaszusammensetzung aus
dem NOx-Speicher, Regenerationsdauer und Motordrehmomentbedarf beendet werden,
wonach die Ansammlungsüberwachung
des NOx-Speichers auf ein geeignetes Niveau zurückgesetzt wird, das mit der
Vollständigkeit
der durchgeführten
Regeneration übereinstimmt.
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Durch
Verknüpfen
des LNT-Regenerationsereignisses mit dem Betriebszustand des Fahrzeugs ermöglicht die
vorliegende Steuerungsstrategie für eine Lean NOx-Speicher-Regeneration,
dass direkteinspritz-benzinmotorbetriebene Fahrzeuge Emissionen
(speziell NOx) verringern, während
sie ein gutes Fahrverhalten und eine minimale Beeinflussung der
kraftstoffökonomischen
Vorteile solcher Triebwerke aufrecht erhält.
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Die
Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen
beschrieben, worin gleiche Elemente gleiche Bezugsziffern aufweisen;
in diesen Zeichnungen ist/sind:
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1 ein
Blockdiagramm, das allgemein einen SIDI-Motor und eine Motorsteuerungshardware gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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2 ein
Computer-Flussdiagramm, das einen Fluss von Operationen zum Ausführen der
Motorsteuerungsstrategie für
eine ei ner Lean NOx-Speicher-Regeneration gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
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3A und 3B Diagramme,
die das Verfahren zum Betreiben eines SIDI-Motors in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Steuerungsstrategie, umfassend eine Verkleinerung des Schichtladungs-Betriebsbereiches
und einer Vergrößerung des
Betriebsbereiches homogener Ladung gemäß dem Fluss von Operationen
wie in 2 gezeigt, veranschaulichen; und,
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4 bis 7 illustrative
Fahrzeugtestdaten, die ein einzelnes Regenerationsereignis, das
gemäß der vorliegenden
Erfindung auf Grund der einen ersten Schwellenwert überschreitenden
NOx beschleunigt wird, wobei;
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4 ein
Graph ist, der eine Fahrzeuggeschwindigkeit gemäß dem Fluss von Operationen von 2 veranschaulicht,
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5 ein
Graph ist, der eine angesammelte Lean NOx-Speicher-Beladung und -Regeneration
in Übereinstimmung
mit dem Fluss von Operationen von 2 veranschaulicht,
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6 ein
Graph ist, der ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum
Einleiten eines Regenerationsereignisses in Übereinstimmung mit dem Fluss
von Operationen von 2 veranschaulicht, und
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7 ein
Graph ist, der einen mittleren Arbeitsdruck in Übereinstimmung mit dem Fluss
von Operationen von 2 veranschaulicht.
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Wendet
man sich nunmehr 1 zu, so umfasst ein Blockdiagramm,
das eine mögliche
Ausführungsform
eines Systems zum Ausführen
der vorliegenden Erfindung zeigt, einen Direkteinspritz-Benzinmotor 10 mit
einem Lufteinlass 12, um einen Strom von Luft in den Motor 10 durch
einen Einlasskrümmer 14 durch
Steuerung von Drosselventilen (nicht gezeigt) einzulassen. Elektronisch
gesteuerte Kraftstoffeinspritzventile 16 sind in dem Motor 10 angeordnet,
um Kraftstoff zu diesem zu dosieren. Die Luft/Kraftstoff-Gemische
werden dann in den Motorzylindern (nicht gezeigt) verbrannt.
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Abgase,
die in dem Motorzylinder-Verbrennungsvorgang erzeugt werden, strömen aus
den Motorzylindern und durch einen oder mehrere Abgaskanal/kanäle 18.
Eine Katalysatorvorrichtung wie z. B. ein Dreiwege-Katalysator 20 ist
mit dem Abgaskanal 18 verbunden, um die Abgase zu behandeln
oder zu reinigen. Von der Katalysatorvorrichtung 20 durchströmen die
Abgase einen Lean NOx-Speicher (LNT) 22 mit zwei Elementen 24 und
optional einen Temperatursensor 25 (der Temperatursensor 25 ist
nicht erforderlich, wenn ein Code verwendet wird, um die LNT-Temperatur
von verschiedenen Motorbetriebszuständen abzuschätzen). Ein
Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor 26 wie
z. B. ein Weitbereichssensor nach dem LNT oder ein herkömmlicher
O2-Schaltsensor ist in dem Auspuffendrohr 28 angeordnet,
um die Konzentration an verfügbarem
Sauerstoff in den Abgasen zu überwachen
und ein Ausgangsspannungssignal POSTO2 (NACHO2; 1)
bereitzustellen, das von einem Motorsteuergerät 30 empfangen und
analysiert wird. Das Steuergerät 30 umfasst
einen ROM, einen RAM und eine CPU und umfasst eine Software-Subroutine 200 (in 2 beschrieben)
zur Durchführung
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung. Das Steuergerät 30 steuert
die Kraftstoffeinspritzventile 16, die Kraftstoff in präzisen/r
Mengen und Zeitglied wie von der Steuerung 30 bestimmt
in ihre zugehörigen
Zylinder (nicht gezeigt) einspritzen. Das Steuergerät 30 überträgt ein Kraftstoffeinspritzventil-Signal
zu den Kraftstoffeinspritzventilen 16, um ein von dem Steuergerät bestimmtes
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
mit dem gewünschten
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
gemäß der vorliegenden
Steuerungsstrategie aufrecht zu erhalten. Zusätzliche Sensoren (nicht gezeigt)
stellen weitere Information über
die Motorleistung an das Steuergerät 30 bereit, z. B.
Kurbelwellenstellung, Winkelgeschwindigkeit, Drossel und Lufttemperatur.
Darüber
hinaus können
weitere verschieden angeordnete Sauerstoffsensoren 32 zusätzliche Steuerinformation
bereitstellen. Die Information von diesen Sensoren wird von dem
Steuergerät 30 verwendet,
um den Motorbetrieb zu steuern.
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Wendet
man sich nunmehr 2 zu, so ist hier ein Flussdiagramm
einer Software-Subroutine 200 zur Durchführung des
Verfahrens der vorliegenden Erfindung gezeigt. Diese Subroutine
würde periodisch
von der in dem Motorsteuergerät 30 angeordneten
Haupt-Motorsteuerungssoftware eingegeben werden. Bei Block 202 erfolgt
eine Bestimmung, ob der Motor 10 läuft oder nicht. Wenn der Motor 10 nicht
läuft,
wird die Subroutine 200 verlassen.
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Wenn
der Motor 10 läuft,
wird eine Abschätzung
der angesammelten NOx in dem Lean NOx-Speicher 22 berechnet,
wie bei Block 204 angezeigt. Bei Block 206 wird
die Temperatur des Lean NOx-Speichers 22 bestimmt. Wenn
die Temperatur des Lean NOx-Speichers 22 die Schwellentemperatur
T1 z. B. 500°C, überschreitet,
dann wird der Motor in einen Betrieb homogener Ladung gezwungen
und ein Lean NOx-Speicher-Regenerationsereignis
wird eingeleitet. Wenn die Lean NOx-Speicher-Temperatur unter der Schwellentemperatur
T1 liegt, werden die in dem Lean NOx-Speicher 22 angesammelten NOx
bei Block 208 mit einem zweiten Schwellenwert K2 verglichen,
wobei der Wert von K2 größer als
der Wert von K1 ist. Zum Beispiel kann K2 ein zweiter Teil der Lean
NOx- Speicher-Kapazität wie z.
B. 2/3 sein. Wenn die Abschätzung
von NOx in dem Lean NOx-Speicher 22 den zweiten Schwellenwert
K2 überschreitet,
dann wird der Motor in einen Betrieb homogener Ladung gezwungen,
und ein Lean NOx-Speicher-Regenerationsereignis wird eingeleitet.
Wenn die berechneten angesammelten NOx in dem Lean NOx-Speicher 22 unterhalb
des zweiten Schwellenwertes K2 liegen, werden die in dem Lean NOx-Speicher 22 angesammelten
NOx in Block 210 mit dem ersten Schwellenwert K1 verglichen.
K1 kann z. B. ein erster Teil der Lean NOx-Speicher-Kapazität wie z.
B. 1/3 sein. Wenn die berechneten angesammelten NOx in dem Lean
NOx-Speicher 22 unterhalb des ersten Schwellenwertes K1
liegen, dann kehrt die Subroutine zu Block 202 zurück.
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Wenn
die berechneten angesammelten NOx in dem Lean NOx-Speicher 22 über dem
ersten Schwellenwert K1 und unter dem zweiten Schwellenwert K2 liegen,
wird in Block 212 der Schichtladungs-Betriebsbereich verkleinert.
Dieser Schritt ist in den 3A und 3B weiter
veranschaulicht. Während
z. B. ein typischer mittlerer Arbeitsdruck (MAD) zum Übergang
in einen homogenen Betrieb 5 bar betragen würde, senkt die vorliegende
Steuerungsstrategie den MAD in einem ersten Schritt auf einen niedrigeren
MAD wie z. B. 4 bar. Eine Verkleinerung des geschichteten Betriebsbereiches
kann auch die Form von Motordrehzahl-Schwellenwertreduktionen oder
einer Kombination von sowohl dem MAD und Motordrehzahlreduktionen
annehmen. Wenn die kumulativen NOx größer als der erste Schwellenwert
K1 sind, dann wird das Regenerationsereignis bei dem frühesten nächsten homogenen Betriebsereignis
eingeleitet.
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In
Block 214 erfolgt eine Bestimmung, ob der Motor 10 in
dem erweiterten Bereich homogener Ladung oder in dem verkleinerten
Schichtladungs-Betriebsbereich
arbeitet. Wenn der Motor in dem verkleinerten Schichtladungs-Betriebsbereich
arbeitet, kehrt die Subroutine zu Block 202 zu rück. Und
zwar werden die in dem Lean NOx-Speicher 22 angesammelten
berechneten NOx in Block 204 aktualisiert, in Block 206 erfolgt
eine Bestimmung, ob die Temperatur des Lean NOx-Speichers 22 über oder
unter der Schwellentemperatur T1 liegt und das Niveau gespeicherter
NOx wird in Block 208 über
oder unter dem zweiten Schwellenwert K2 und/oder in Block 210 dem
ersten Schwellenwert K1 bestimmt. Wenn das kumulative NOx-Niveau
größer als
der zweite Schwellenwert K2 ist, oder die Lean NOx-Speicher-Temperatur
die Schwellentemperatur T1 überschreitet,
dann wird das Lean NOx-Speicher-Regenerationsereignis sofort eingeleitet.
Im anderen Fall kehrt die Steuerung zu den vorherigen Schritten
bei Block 202 zurück.
Es ist einzusehen, dass aufeinander folgende Schleifen durch die
vorher beschriebenen Schritte 202 bis 214 in inkrementellen
Verkleinerungen des Schichtladungsbereiches bei Block 212 oder
einer Aufrechterhaltung des Schichtladungsbereiches an der vorhergehenden
Verkleinerung resultieren können.
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Unter
Bezugnahme auf Block 214 wird, wenn der Motor nicht in
dem Modus homogener Ladung arbeitet, die Regeneration verzögert, bis
der Übergang von
einem Schichtladungsmodus zu einem Modus homogener Ladung erreicht
ist. Wenn der Motor in dem Modus homogener Ladung arbeitet, wird
das gewünschte
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
für das
bestimmte Lean NOx-Speicher-Regenerationsereignis wie bei Block 216 angezeigt
berechnet. Das während des
Regenerationereignisses befohlene Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann,
muss aber nicht unbedingt darauf begrenzt sein, eine Funktion der
abgeschätzten durch
den Lean NOx-Speicher 22 adsorbierten kumulativen NOx sein.
Zum Beispiel wird ein fetteres Luft/Kraftstoff-Verhältnis typischerweise
befohlen, wenn das angesammelte NOx-Niveau zunimmt, im Wesentlichen um einen
stärker
verstopften Speicher energischer zu regenerieren. Das befohlene Luft/Kraftstoff-Verhältnis während eines
Lean NOx-Speicher-Regenerationsereignisses kann auch eine Funktion
der Lean NOx-Speicher-Temperatur sein.
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Das
Regenerationsereignis wird bei Block 216 eingeleitet, wenn
die abgeschätzten
NOx in dem Lean NOx-Speicher 22 den zweiten Schwellenwert K2
durch Erzwingen eines homogenen Betriebes des Motors 10 bei
einem gewünschten
Luft/Kraftstoff-Verhältnis überschreiten.
Das fette Luft/Kraftstoff-Verhältnis
wird durch Hinzufügen
von Kraftstoff zu dem Motor während
des Regenerationsereignisses erreicht, während die Kraftstoffeinspritzzeit,
die Kraftstoffeinspritzstrategie und der Zündzeitpunkt zum Aufrechterhalten
eines Motordrehmoments und Bereitstellen der erforderlichen Reduktionsmittel
für den Lean
NOx-Speicher 22 für
einen optimalen Regenerationswirkungsgrad gesteuert werden. Das
Regenerationsereignis dauert an, bis ein regenerationsbeendendes
Ereignis erreicht wird. Regenerationsbeendende Ereignisse umfassen überwachte Nach-LNT-Abgase,
die eine Fett-Abweichung zeigen, eine Regenerationszeit, die ein
maximales Regenerationszeit-Zielintervall überschreitet, und eine durch
einen Fahrer eingeleitete Aktion wie z. B. eine Verringerung in
einer Drehmoment-Vorgabe durch einen Fahrer unter einem Zielwert
(d. h. Niedriglastbetrieb).
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Die
aus dem Lean NOx-Speicher
22 ausströmenden Abgase werden überwacht,
wie bei Block
220 angezeigt, wie z. B. mit einem Nach-LNT-Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor
26 mit weitem
Bereich. Wenn die aus dem Lean NOx-Speicher
22 ausströmenden Abgase
ein ausreichend fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zeigen, zeigt dies ein
regenerationsbeendendes Ereignis an und das Regenerationsereignis
wird bei Block
222 beendet. Zum Beispiel wird eine Regeneration
beendet, wenn der Nach-Lean NOx-Speicher-Kraftstoff/Luft-Verhältnis-Sensor
26 eine
Fett-Abweichung zeigt, d. h. wenn das der Nach-Lean NOx-Speicher-Kraftstoff/Luft- Verhältnis um
d/k fetter als stöchiometrisch wird,
wobei d die gewünschte
Fett-Abweichung und k typischerweise 4 ist. Der abgeschätzte kumulative NOx-Wert
in dem Lean NOx-Speicher wird dann auf den geeigneten Wert gesetzt,
wobei der geeignete Wert Null ist, wenn das Regenerationsverfahren
beendet ist, und nicht Null, wenn das Regenerationsverfahren unterbrochen
wurde. Der Schichtladungs-Betriebsbereich wird wieder hergestellt,
und der Motor
10 wird in Abhängigkeit von dem durch einen
Fahrer angeforderten Drehmoment zu dem angeforderten Betriebsmodus
(geschichtet oder homogen) zurückgeführt, und
die Subroutine wird in Abhängigkeit
von dem regenerationsbeendenden Ereignis bei Block
224 oder
Block
234 verlassen. Das Ende der Regeneration kann auf
Basis eines Verfahrens, das ähnlich
dem in dem gemeinsam abgetretenen
US-Patent 6
293 092 beschriebenen ist, detektiert werden. Wie in der
Subroutine
200 angezeigt, dauert das Regenerationsereignis
mit einer geeigneten Überwachung für andere
unten beschriebene Ausstiegsbedingungen an, wenn die aus dem Lean
NOx-Speicher
22 ausströmenden
Abgase wie bei Block
220 überwacht, kein ausreichend
fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis
anzeigen.
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Das
System umfasst ein Mittel zum Überwachen
der von dem Fahrer angeforderten Drehmoment-Vorgabe an den Motor 10,
und in Block 230 erfolgt eine Bestimmung, ob das Regenerationsereignis
auf Basis einer Motorlast fortgesetzt oder beendet werden soll.
Das Regenerationsereignis dauert an, wenn das von dem Fahrer angeforderte
Drehmoment für
den Motor 10 ausreichend hoch ist, um in dem Bereich homogener
Ladung zu arbeiten. Wenn der Fahrer ein ausreichend niedriges Drehmoment
anfordert, was einen Übergang
in den Schichtladungs-Betriebsbereich bewirkt, wird das Regenerationsereignis
in Block 232 beendet. Die verbleibenden in dem Lean NOx-Speicher 22 gespeicherten
NOx werden abgeschätzt,
und der normale oder basislinienselektive Motorbetrieb (homogen
oder geschichtet) wird in Block 234 wiederhergestellt.
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Auch
die verstrichene Regenerationsereigniszeit wird überwacht, wie bei Block 228 angezeigt. Wenn
das gesamte verstrichene Regenerationsereigniszeit-Intervall eine
maximale Zielregenerationszeit überschreitet,
dann wird das Regenerationsereignis beendet und die Subroutine wird
verlassen, wie in Block 232 und 234 gezeigt. Wenn
das gesamte verstrichene Regenerationsereigniszeit-Intervall eine maximale
Zielregenerationszeit nicht überschreitet, dann
dauert das Regenerationsereignis mit einer Überwachung wie in Block 220 an.
Der Wert der angesammelten NOx wird auf das in dem Lean NOx-Speicher 22 enthaltene
Niveau der angesammelten NOx zurückgesetzt,
das Null ist, unter der Voraussetzung, dass das Regenerationsereignis
beendet war, wie bei Block 220 bestimmt, und ein Wert ungleich
Null ist, unter der Voraussetzung, dass das Regenerationsereignis
durch Last- oder Zeitkriterien wie bei den Blöcken 230 bzw. 228 bestimmt,
unterbrochen wurde.
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In
einem typischen Verfahren des Betreibens eines SIDI-Motors in einem
niedrigeren Bereich von Motorleistung werden die Zylinder des Motors
in einem Schichtladungsmodus betrieben. In dem Schichtladungs-Betriebsmodus wird
Kraftstoff in jeden Motorzylinder, bei dessen Kolbenkompressionshub
eingespritzt und in Richtung der Zündkerze gelenkt, wo er nahe
dem Ende des Kompressionshubes gezündet wird, um eine insgesamt
magere Mischung in dem Zylinder mit einem annähernd stöchiometrischen oder einem fetten
Gemisch an dem Zündpunkt für eine sofortige
Zündung
und eine gesteuerte Verbrennung effizient zu verbrennen. Bei höheren Motorlasten
wird der Motor in einem Betriebsbereichsmodus homogener Ladung betrieben.
In dem Betriebsmodus homogener Ladung wird Kraftstoff in jeden Zylinder
bei dessen jeweiligen Ansaughub eingespritzt, und das Luft/Kraftstoff-Gemisch
wird danach als ein relativ homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch komprimiert,
das durch die Zündkerze nahe dem
Ende des Kompressionshubs oder während
des frühen
Expansionshubs auf herkömmliche
Weise gezündet
wird.
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Unter
Bezugnahme auf die 3A und 3B wird
das vorliegende Verfahren zum Betreiben eines SIDI-Motors mit einem
Verkleinern des Geschichteten Betriebsbereiches und einem Vergrößern des
Betriebsbereiches homogener Ladung gemäß dem Fluss von Operationen
wie in 2 gezeigt veranschaulicht. Die entsprechenden
unteren Abschnitte der 3A und 3B veranschaulichen den
mittleren Arbeitsdruck (MAD) über
einen Bereich von Motordrehzahlen. Die entsprechenden oberen Abschnitte
der 3A und 3B stellen
grafisch verschiedene Grade von Lean NOx-Speicher-Beladung eines Lean NOx-Speichers 22 dar.
Der Lean NOx-Speicher 22 mit
einer angesammelten NOx-Beladung (NOx), die kleiner als der erste
Schwellenwert K1 ist, ist in 3A gezeigt. 3B zeigt
einen Lean NOx-Speicher 22 mit einer angesammelten NOx-Beladung
(NOx), die den ersten Schwellenwert K1 überschreitet. Die unter den
beiden Lean NOx-Speichern 22 angeordneten Graphen veranschaulichen
einen Motorbetrieb und eine Verkleinerung des Schichtladungs-Betriebsbereiches
in Bezug auf die abgeschätzte
NOx-Beladung gemäß der vorliegenden Steuerungsstrategie.
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In
einem niedrigeren Bereich von Motorleistung werden die Zylinder
des Motors in einem durch die Linie 300 umgebenen Schichtladungsmodusbereich
betrieben. Der Schichtladungsbereich innerhalb der Linie 300 umfasst
einen Schichtladungs-Betriebsbereich 302 (von homogen übergehend),
einen erweiterten Schichtladungs-Betriebsbereich 304 (ebenfalls
von homogen übergehend),
einen Schichtladungs-Betriebsbereich 306 und einen Doppelimpulsbereich 308.
Während
höherer
Motorlasten wird der Motor in einem zwischen den Linien 312 und 300 eingeschlossenen
Betriebsbereichsmodus homogener Ladung 310 betrieben.
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In
den 3A und 3B ist
die Lean NOx-Speicher-Beladung als dunkler als NOx bezeichneter
Bereich gezeigt, und die Pfeile zeigen eine Abgasströmung durch
den Lean NOx-Speicher 22 an. In 3A hat
die Lean NOx-Speicher-Beladung den ersten Schwellenwert K1 nicht überschritten.
Der Motorbetrieb dauert mit den Bereichen eines homogenen und Schichtladungs-Betriebes
wie in dem Graph von 3A angezeigt an. In 3B hat die
Lean NOx-Speicher-Beladung den ersten Schwellenwert K1 überschritten.
Wenn die angesammelten NOx in dem Lean NOx-Speicher den ersten Schwellenwert
K1 überschreiten,
werden die Bereiche eines Schichtladungs-Betriebes reduziert, wodurch
der Betriebsbereich homogener Ladung vergrößert wird. Auf diese Weise
wird das Auftreten des nächsten
Betriebsereignisses mit homogener Ladung beschleunigt. Unter der
Annahme, dass ein von einem Fahrer ausgelöster Übergang zu einem Motorbetrieb
mit homogener Ladung nicht auftritt, bis die NOx-Beladung den zweiten
Schwellenwert K2 überschreitet,
oder die abgeschätzte
LNT-Temperatur die Schwellentemperatur
T1 überschreitet,
wird ein Betriebsmodus homogener Ladung des Motors bei dem gewünschten
Luft/Kraftstoff-Verhältnis
erzwungen.
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Die 4 bis 7 veranschaulichen
Fahrzeuggeschwindigkeit, kumulative NOx-Beladung, gewünschtes Äquivalenzverhältnis und
MAD für
eine Lean NOx-Speicher-Spülung
gemäß dem in 2 beschriebenen
Verfahren. In 4 ist die Fahrzeuggeschwindigkeit
in einem illustrativen Test gezeigt.
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5 ist
ein Graph, der die kumulative NOx-Beladung und das Spülen bei
einem durch den Fahrer eingeleiteten eine Regeneration einleitenden Ereignis,
das einen Übergang
zu einem homogenen Betrieb bewirkt, wobei der homogene Betriebsbereich
beim Überschreiten
von K1 durch die angesammelten NOx gemäß der Erfindung vergrößert wurde, veranschaulicht.
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Die 6 und 7 zeigen
ein einzelnes Regenerationsereignis, das auf Grund dessen, dass die
angesammelten NOx K1 überschreiten,
gemäß der Erfindung
beschleunigt wird. In 6 wird das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis zum
Einleiten eines Regenerationsereignisses gemäß dem Schritt 216 von 2 festgelegt. 7 veranschaulicht
einen Übergang
zu einem homogenen Betrieb und eine Rückkehr zu einem Schichtladungsbetrieb.
Die 6 und 7 veranschaulichen, dass bei
einem X-Achsenwert (Zeit) von etwa 450 der MAD sich 5 bar annähert. Da
die angesammelten NOx wie gemäß 5 noch
immer unterhalb des ersten Schwellenwertes liegen, arbeitet der
Motor in einem Schichtmodus, wie in 6 gezeigt.
Mit fortschreitender Zeit füllt
sich der LNT jedoch auf. Gleich nach der Zeit 700 überschreiten
die angesammelten NOx den ersten Schwellenwert, wie in 5 ersichtlich.
Die aktive Verkleinerung des Schichtbereiches bewirkt dann, dass
der Motor das nächste
Mal, wenn der MAD sich 5 bar annähert,
um die Zeit 720, zu einem homogenen Betrieb gezwungen wird.
Dies führt
zu einem LNT-Regenerationsereignis, wie in 6 zu sehen ist,
wobei das Kraftstoff/Luft-Äquivalenzverhältnis 1 überschreitet.
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Zusammenfassend
betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer Regeneration
eines Lean NOx-Speichers, umfassend die Schritte: Abschätzen gesammelter
NOx in dem Lean NOx-Speicher; Bestimmen, ob die abgeschätzten NOx
einen ersten Schwellenwert oder einen zweiten Schwellenwert überschreiten;
Bestimmen der Temperatur des Lean NOx-Speichers; Bestimmen, ob die abgeschätzte Temperatur
eine Schwellentemperatur überschreitet;
Bestimmen eines gewünschten
Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
zum Einleiten eines Regenerationsereignisses, wobei das gewünschte Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf
Basis der abgeschätzten
NOx und der abgeschätzten
Temperatur des Lean NOx-Speichers bestimmt werden; Beschleunigen des
Auftretens eines Regenerationsereignisses, wenn die abgeschätzten NOx
den ersten Schwellenwert überschreiten, durch
aktive Steuerung von Motorbetriebsregimes; und Einleiten eines Regenerationsereignisses,
wenn die abgeschätzten
NOx den zweiten Schwellenwert überschreiten,
oder wenn die abgeschätzte
Temperatur die Schwellentemperatur überschreitet, durch Erzwingen
eines homogenen Betriebes des Motors bei dem gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnis.