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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Strategie zur Überwachung und Steuerung von
NOx-Emissionen aus Verbrennungsmotoren und insbesondere auf eine
Anordnung und ein Verfahren zur Überwachung
und Steuerung von NOx-Emissionen beim Wiederanlassen von Hybrid-
und konventionellen Fahrzeugen.
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Der
Antrieb von Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles: HEV) erfolgt
durch Zusammenwirken von Verbrennungsmotoren mit Elektromotoren. Zur
Senkung des Kraftstoffverbrauchs gegenüber konventionellen Fahrzeugen
(die als einzige Leistungsquelle einen Verbrennungsmotor aufweisen) wird
der jeweilige Elektromotor mit elektrischer Energie aus einer Batterie
gespeist, um die Leistung bereitzustellen, die für einen Fahrzeugantrieb benötigt wird
(d.h., Leistung an die Fahrzeugräder
zu übertragen).
Bei einem Hybridfahrzeug können
der Kraftstoffverbrauch gesenkt und die Abgasemissionen reduziert
werden, indem der Verbrennungsmotor abgeschaltet (d.h. heruntergefahren)
wird, und zwar insbesondere dann, wenn der Verbrennungsmotor ineffizient
arbeitet und der Elektromotor eingesetzt wird, um die gesamte Leistung
bereitzustellen, die benötigt wird,
um das Fahrzeug anzutreiben. Demnach zeichnen sich Hybridfahrzeuge
dadurch aus, dass während
der Fahrt der Verbrennungsmotor häufig abgeschaltet und wieder
neu gestartet wird.
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Wenn
jedoch der Benutzer (d.h. der Fahrer des Fahrzeugs) mehr Leistung
wünscht
als der Elektromotor zur Verfügung
stellen kann, oder wenn der Ladezustand der Batterie zur Neige geht,
so wird der Verbrennungsmotor im Allgemeinen wieder gestartet, um
die angeforderte zusätzliche
Leistung bereitzustellen. Während
des Abstellens und Wiederanlassens des Verbrennungsmotors pumpt
dieser Luft in die Abgasanlage. Der in der Luft enthaltene Sauerstoff
wird von dem Katalysator der Abgasanlage adsorbiert. Die Menge des
adsorbierten Sauerstoffs reicht häufig aus, um die Sauerstoffspeicherfähigkeit des
Katalysators zu sättigen.
Ist die Sauerstoffspeicherfähigkeit
eines Dreiwegekatalysators (three-way catalyst (TWC)) jedoch gesättigt oder
nahezu gesättigt,
so kann die Fähigkeit
des Katalysators zur Konvertierung von NOx vermindert sein. Wenn
die Verbrennung von Kraftstoff wieder aufgenommen wird (d.h. wenn
der Verbrennungsmotor wieder angelassen wird), so werden die NOx-Emissionen
des Verbrennungsmotors typischerweise erst dann wieder von dem Abgaskatalysator
ausreichend reduziert oder eliminiert, wenn die Sauerstoffspeicherfähigkeit des
Abgaskatalysators erneut unterhalb des Sättigungsniveaus liegt.
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Bei
konventionellen nicht hybriden Fahrzeugen (d.h. bei Fahrzeugen,
die ihre Antriebsenergie nur von einem Verbrennungsmotor erhalten)
liegen während
einer Kraftstoffabschaltung bei einer Fahrzeugverzögerung ähnliche
Betriebsbedingungen vor. Somit kann auch die Fähigkeit konventioneller Fahrzeuge
zur NOx-Konvertierung in einem solchen Fall vermindert sein.
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Ein
Beispiel einer konventionellen Maßnahme zur Steuerung der Abgasemissionen
von Verbrennungsmotoren ist aus der
US 66 29 408 B1 bekannt. Die aus diesem Dokument
bekannte Abgasemissionssteuerungsanordnung weist einen ersten und
einen zweiten Abgassauerstoffsensor auf, die jeweils stromaufwärts and
stromabwärts
der Stickoxidentfernungsvorrichtung angebracht sind, um eine Sauerstoffkonzentration
in den Abgasen zu ermitteln. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines
an den Verbrennungsmotor zu liefernden Luft/Kraftstoff-Gemischs wird
unter Berücksichtigung
eines stöchiometrischen Verhältnisses
von einem mageren Bereich in einen fetten Bereich verschoben. Es
wird berechnet, welche Menge an reduzierenden Bestandteilen ab dem Zeitpunkt
in die Stickoxidentfernungsvorrich tung geströmt ist, an dem ein von dem
ersten Abgassauerstoffsensor ausgegebener Ausgangswert sich in einen
Wert verwandelt hat, der ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis anzeigt,
nachdem die Anreicherung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
berechnet wurde. Eine abnehmende Leistungsfähigkeit der Stickoxidentfernungsvorrichtung
wird gemäß der berechneten Menge
an reduzierenden Bestandteilen und eines Ausgangswertes des zweiten
Abgassauerstoffsensors bestimmt. Solche herkömmlichen Lösungsansätze sind jedoch im Allgemeinen
nicht dazu in der Lage, die Effektivität der Emissionsverminderungsleistung
von Hybrid- und konventionellen Fahrzeugen beim Wiederanlassen zu überwachen
und vorherzusagen und auch nicht dazu, Verfahren bereitzustellen,
die in dieser Hinsicht Abhilfe schaffen.
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Um
die Abgasemissionen von Verbrennungsmotoren auf effiziente und effektive
Weise steuern zu können,
liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte
Anordnung und ein verbessertes Verfahren zur Überwachung von NOx-Emissionen
während
Wiederanlassvorgängen von
Hybridfahrzeugen und konventionellen Fahrzeugen zu schaffen.
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Die
Anordnung gemäß der vorliegenden
Erfindung stellt im Allgemeinen Informationen zur NOx-Konvertierungsleistung
von Fahrzeugen während
Stop-Start-Ereignissen bereit. Die vorliegende Erfindung kann vorteilhaft
bei Hybridfahrzeugen und bei konventionell betriebenen Fahrzeugen
(die nur einen Verbrennungsmotor aufweisen) eingesetzt werden. Entsprechend
einem Ausführungsbeispiel können zur
Ausführung
der vorliegenden Erfindung konventionelle beheizte Abgassauerstoffsensoren (heated
exhaust gas oxygen sensors (HEGOs)) bzw. beheizte Lambdasonden verwendet
werden. Gemäß einem
anderen Ausführungsbeispiel
können
zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung Breitbandabgassauerstoffsensoren (wide-band
(universal) exhaust gas oxygen sensors (UEGOs)) bzw. Breitbandlambdasonden
verwendet werden. Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
kann zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung eine Kombination von beheizten Lambdasonden
und Breitbandlambdasonden eingesetzt werden.
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Die
Anordnung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sehen allgemein
eine On-Board-Diagnose (on-board diagnosis (OBD)) der NOx-Konvertierungs leistung
während
eines Stop-Start-Ereignisses des Verbrennungsmotors vor. Die Anordnung
und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sehen allgemein eine
Rückmeldung über die
Emissionskonvertierungsleistung des Fahrzeugs an die Emissionssteuerungsstrategie
vor. Die Rückmeldung
sorgt im Allgemeinen für
eine verbesserte oder optimierte Leistung der Emissionssteuerungsanordnung.
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Mit
der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung und ein Verfahren
geschaffen, mit der bzw. mit dem die Beschränkungen und Nachteile herkömmlicher
Emissionssteuerungsanordnungen und -verfahren in wesentlichem Maße überwunden
werden. Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung zur Steuerung von Stickoxidabgasemissionen
(NOx) beim Wiederanlassen eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Die
Anordnung weist eine erste Lambdasonde zur Bestimmung eines ersten
Abgassauerstoffniveaus an einem Ort stromaufwärts eines Abgaskatalysators
auf, eine zweite Lambdasonde zur Bestimmung eines zweiten Abgassauerstoffniveaus
an einem Ort in der Mitte des Katalysatorbettes sowie ein Steuergerät zur Einleitung
bzw. Durchführung
wenigstens eines Verfahrens zur Reduktion von NOx-Emissionen, wenn
eine Differenz zwischen dem ersten Abgassauerstoffniveau und dem
zweiten Abgassauerstoffniveau einen vorbestimmten Betrag übersteigt.
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Im
Rahmen der Erfindung wird ferner eine Anordnung zur Steuerung von
Stickoxidabgasemissionen (NOx) bei einem Wiederanlassen eines Verbrennungsmotors
offenbart. Die Anordnung weist eine erste Lambdasonde zur Bestimmung
eines ersten Abgassauerstoffniveaus an einem Ort in der Mitte des
Bettes eines Abgaskatalysators auf, eine zweite Lambdasonde zur
Bestimmung eines zweiten Abgassauerstoffniveaus an einem Ort stromabwärts eines
Abgaskatalysators sowie ein Steuergerät zur Einleitung bzw. Durchführung wenigstens
eines Verfahrens zur Reduktion von NOx-Emissionen, wenn eine Differenz
zwischen dem ersten Abgassauerstoffniveau und dem zweiten Abgassauerstoffniveau einen
vorbestimmten Betrag übersteigt.
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Weiterhin
wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Anordnung zur Steuerung
von Stickoxidabgasemissionen (NOx) beim Wiederanlassen eines Verbren nungsmotors
vorgeschlagen. Die Anordnung weist eine erste Lambdasonde zur Bestimmung eines
ersten Abgassauerstoffniveaus an einem Ort stromaufwärts eines
Dreiwegekatalysators (three-way catalytic converter (TWC)) auf,
eine zweite Lambdasonde zur Bestimmung eines zweiten Abgassauerstoffniveaus
an einem Ort in der Mitte des Bettes (midbed) des Dreiwegekatalysators,
eine dritte Lambdasonde zur Bestimmung eines dritten Abgassauerstoffniveaus
an einem Ort stromabwärts des
Dreiwegekatalysators sowie ein Steuergerät zur dynamischen Überwachung
des Abgassauerstoffniveaus an den genannten Orten in der Abgasanlage und
zur Durchführung
wenigstens eines Verfahrens zur Reduktion von NOx-Emissionen, wenn
eine Differenz zwischen den Abgassauerstoffniveaus einen vorbestimmten
Betrag übersteigt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es
zeigen:
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1 ein
Diagramm einer Antriebsstranganordnung gemäß der vorliegenden Erfindung,
und
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2(a-b) Diagramme von Plots des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
AFR für
eine konventionelle Antriebsstranganordnung und für eine Antriebsstranganordnung
gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Wirksamkeit der Abgasemissionsreduzierungsleistung bei einem Wiederanlassen
eines Verbrennungsmotors lässt
sich überwachen
und vorhersagen, indem unter Einsatz der Anordnung und des Verfahrens
der vorliegenden Erfindung die Reaktion einer oder mehrerer Lambdasonden
(diese können
z.B. beheizte Lambdasonden oder Breitbandlambdasonden sein) überwacht
wird.
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Während des
Abschaltens pumpt der Verbrennungsmotor typischerweise eine gewisse
Menge an Sauerstoff in das Abgas, so dass das Abgas die motornahe
Lambdasonde (bei der es sich z.B. um eine normale Lambdasonde, eine
beheizte Lambdasonde oder eine Breitbandlambdasonde handeln kann)
erreicht. Das sauerstoffreiche Abgas erreicht typischerweise eine
im mittleren Katalysatorbett be findliche Lambdasonde oder eine dem
Katalysator nachgelagerte Lambdasonde bzw. Nach-Kat-Sonde nicht,
wenn das Abschalten des Motors wie geplant (d.h. wie beabsichtigt)
durchgeführt
wird. Ein Vorhandensein von übermäßig magerem
Abgas an der Mittelbettsonde oder Nach-Kat-Sonde wird im Allgemeinen
durch einen Systemfehler verursacht. Wenn der Systemfehler angezeigt
wird, veranlassen die Anordnung und das Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung im Allgemeinen, dass wenigstens ein Abhilfeverfahren durchgeführt wird,
um eine allgemeine Verbesserung des Abgasemissionszustandes zu bewirken
(d.h. um das Niveau der Abgasemissionen zu senken) und um insbesondere
das Niveau der Stickoxidemissionen (NOx) zu verringern.
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Während des
Abstellens und Wiederanlassens des Verbrennungsmotors pumpt dieser
Luft in die Abgasanlage. Der in der Luft enthaltene Sauerstoff wird
von einem Katalysator der Abgasanlage adsorbiert. Die Menge des
adsorbierten Sauerstoffs reicht häufig aus, um die Sauerstoffspeicherfähigkeit des
Katalysators zu sättigen.
Ist die Sauerstoffspeicherfähigkeit
eines Dreiwegekatalysators (three-way catalyst (TWC)) jedoch gesättigt oder
nahezu gesättigt,
so kann die Fähigkeit
des Katalysators zur Konvertierung von NOx mangelhaft sein (d.h.,
der Katalysator verfügt über eine
mangelhafte Fähigkeit, Übergänge zu einem
mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis
zu puffern), und es kommt zu einem so genannten NOx-Durchbruch.
Wenn die Verbrennung von Kraftstoff wieder aufgenommen wird (d.h.,
wenn der Verbrennungsmotor wieder angelassen wird), so werden die
NOx-Emissionen des
Verbrennungsmotors typischerweise erst dann wieder von dem Abgaskatalysator
ausreichend reduziert oder eliminiert, wenn die Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Abgaskatalysators erneut unterhalb des Sättigungsniveaus liegt.
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Die
Fahrzeugantriebsstrangemissionssteuerungsanordnung und das Fahrzeugantriebsstrangemissionssteuerungsverfahren
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind in der Lage, den NOx-Durchbruch dynamisch zu steuern
(d.h. die NOx-Abgasemissionen
des Motors zu reduzieren), indem die Anordnung und das Verfahren
wenigstens ein Abhilfeverfahren (d.h. Strategien, Prozesse, Routinen,
Schritte, Blöcke,
Algorithmen usw.) durchführen,
die im Allgemeinen dafür
sorgen, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis nach dem Wiederanlassen
des Verbrennungs motors einen fetteren Bereich erreicht als dies
der Fall wäre, wenn,
wie bei konventionellen Lösungsansätzen, solche
Abhilfeverfahren nicht durchgeführt
würden.
Solche Abhilfeverfahren weisen im Allgemeinen einen oder mehrere
der folgenden Verfahrensschritte auf, ohne jedoch auf diese Verfahrensschritte
begrenzt zu sein: Minimieren des eingepumpten Sauerstoffs (z.B. Schließen der
Drosselklappe (nicht dargestellt) während des Abschaltens und früherer Beginn
der Kraftstoffzufuhr für
das Wiederanlassen des Motors); Bereitstellen eines fetten Gemisches,
während
sich der Verbrennungsmotor im Zustand des Wiederanlassens befindet,
um den Katalysator zu regenerieren; Verzögern des Wiederanlassens für eine zuvor
festgelegte Zeitspanne oder Beschränken der Anzahl der Wiederanlassvorgänge auf
einen vorbestimmten Wert während
eines vorbestimmten Zeitintervalls sowie jedes andere, zur Erfüllung der
Entwicklungskriterien einer bestimmten Anwendung geeignete Verfahren.
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In 1 ist
ein Diagramm einer Antriebsstranganordnung 100 der vorliegenden
Erfindung dargestellt. Die Anordnung weist im Wesentlichen einen
Verbrennungsmotor 102, eine Motorabgasanlage 104 und
ein Steuergerät 106 (z.B.
ein Antriebsstrangsteuermodul (powertrain control module (PCM),
Motorsteuermodul (engine control module (ECM)) oder ähnliches)
auf. Bei dem Verbrennungsmotor 102 kann es sich um eine
Brennkraftmaschine handeln, die mit Ottokraftstoff, Diesel, Methan,
Propan, Alkohol oder einem ähnlichen
Kraftstoff betrieben wird. Entsprechend einem Ausführungsbeispiel kann
die Anordnung 100 vorteilhaft in Verbindung mit einem Hybridfahrzeugantriebssystem
realisiert sein. Entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Anordnung 100 vorteilhaft
in Verbindung mit einer konventionellen Fahrzeugantriebsanordnung (d.h.
einer Anordnung, die nur über
einen Verbrennungsmotor verfügt)
realisiert sein.
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Die
Abgasanlage 104 weist im Wesentlichen einen Auspuffrohrabschnitt 108a, 108b und
einen katalytischen Konverter (d.h. einen Katalysator) 110 auf.
Die Abgasanlage 104 nimmt Abgas vom Verbrennungsmotor 102 auf
und gibt das Motorabgas an die Atmosphäre ab. Ein erstes Ende des
Rohrs 108a kann mit dem Verbrennungsmotor 102 verbunden sein
(z.B. über
einen Auspuffkrümmer),
und ein zweites Ende des Rohrs 108a kann mit einem Einlass
des Katalysators 110 verbunden sein. Ein Auslass des Katalysators 110 kann
mit einem ersten Ende des Rohrs 108b verbunden sein, und
ein zweites Ende des Rohrs 108b kann das Motorabgas an
die Atmosphäre
abgeben (d.h. das Rohr 108b ist im Allgemeinen als ein
Endrohr ausgebildet).
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Bei
dem Katalysator 110 handelt es sich im Allgemeinen um einen
Dreiwegekatalysator (d.h. um einen Abgaskatalysator, der gleichzeitig
CO-, NOx-, und HC-Schadstoffe
aus dem Abgas entfernt und der über
ein erstes Katalysatorelement oder Vorderkatalysatorelement 112a am
Einlassende und über
ein zweites Katalysatorelement oder Hinterkatalysatorelement 112b am
Auslassende verfügt).
An verschiedenen Stellen in der Abgasanlage 104 sind eine
Anzahl Lambdasonden angebracht (d.h. montiert, befestigt usw.),
um an diesen Stellen jeweils dynamisch das Abgassauerstoffniveau
zu bestimmen. Eine motornahe Lambdasonde (engine-out oxygen sensor) 120 kann
in dem Rohr 108a angebracht sein, eine Mittelbettlambdasonde
(mid-bed oxygen sensor) 122 kann im Inneren des Katalysators
vorzugsweise an einer Stelle in etwa in der Mitte des Bettes des
Katalysators 110 angebracht sein (d.h. an einem Ort zwischen
dem Vorderkatalysatorelement 112a und dem Hinterkatalysatorelement 112b in
dem Dreiwegekatalysator 110), und eine stromabwärtige oder Nach-Kat-Lambdasonde
(post-catalyst oxygen sensor) 124 kann in dem Rohr 108b angebracht
sein. Im Allgemeinen können
die Anordnung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung dahingehend
realisiert werden, dass bei einer Ausführungsform eine Kombination
der Lambdasonden 120 und 122 verwendet wird, und
bei einer anderen Ausführungsform eine
Kombination der Lambdasonden 122 und 124 und bei
einer weiteren Ausführungsform
eine Kombination der Lambdasonden 120, 122 und 124.
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Bei
einer Ausführungsform
können
die Lambdasonden 120, 122 und 124 als
Breitbandlambdasonden ausgebildet sein. Bei einer anderen Ausführungsform
können
die Lambdasonden 120, 122 und 124 als
beheizte Lambdasonden ausgebildet sein. Bei einer weiteren Ausführungsform
können
die Lambdasonden 120, 122 und 124 als
Kombination aus Breitbandlambdasonden und beheizten Lambdasonden
ausgebildet sein.
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Die
verbesserte Anordnung und das verbesserte Verfahren zur dynamischen
Steuerung von Motorabgasemissionen gemäß der vorliegenden Erfindung
werden im Allgemeinen in Verbindung mit einem Prozessor 130 und
wenigstens einem Speicher 132 (z.B. RAM-Speicher, Nur-Lesespeicher
(ROM), EPROM-, EEPROM-, Flash-Speicher usw.) im Steuergerät 106 realisiert.
Der Verbrennungsmotor 102 sowie die Lambdasonden 120, 122 und 124 sind
im Allgemeinen elektrisch an den Prozessor 106 angeschlossen
und stehen mit diesem in einem Datenaustausch.
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Das
Antriebsstrangsteuergerät 106 liefert/empfängt eine
Anzahl von Signalen, die verarbeitet (z.B. gefiltert, verglichen,
logischen Verarbeitungsprozessen unterzogen, analysiert usw.) werden können, um
zu bestimmen (d.h. zu ermitteln), ob ein nicht ordnungsgemäßes (oder
ordnungsgemäßes) Wiederanlassen
des Verbrennungsmotors erfolgt ist, und um ein oder mehrere Korrekturverfahren
(d.h. Abhilfeverfahren) in Gang zu setzen, wenn ein nicht ordnungsgemäßes Wiederanlassen
des Verbrennungsmotors erfolgt ist. Die unter Einsatz des Steuergerätes 106 durchgeführten Verfahren
können
in Verbindung mit einer On-Board-Diagnose (OBD) der NOx-Konvertierungsleistung
realisiert werden.
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Das
Verfahren zur Ermittlung nicht ordnungsgemäßer Wiederanlassvorgänge sowie
das mindestens eine Korrekturverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
können
in Hardware (z.B. in Logikschaltkreisen), Software, betriebseigene
Software (Firmware) sowie in jede geeignete Kombination dieser Elemente
implementiert sein, um den Entwicklungskriterien einer bestimmten
Anwendung Rechnung zu tragen. Der Verbrennungsmotor 102 kann ein
Signal (z.B. ENG) an den Prozessor 106 übermitteln bzw. von diesem
empfangen, die Lambdasonde 120 kann ein Signal (z.B. S_U)
an den Prozessor 106 übermitteln
bzw. von diesem empfangen, die Lambdasonde 122 kann ein
Signal (z.B. S_MB) an den Prozessor 106 übermitteln
bzw. von diesem empfangen, und die Lambdasonde 124 kann
ein Signal (z.B. S_P) an den Prozessor 106 übermitteln
bzw. von diesem empfangen. Das Signal ENG liefert im Wesentlichen
Informationen hinsichtlich der Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 102 (z.B.
Motordrehzahl, Stellung der Kurbelwelle, Temperatur von Bauteilen
usw.). Die Signale S_U, S_MB und S_P be ziehen sich im Allgemeinen
auf das Luft/Kraftstoff-Verhältnis
(air-to-fuel ratio (AFR)) des Motors.
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Während eines
Wiederanlassens des Motors 102 wird ein Betrag an zusätzlichem
Sauerstoff in die Abgasanlage 104 gepumpt. Der Verbrennungsvorgang
in dem Verbrennungsmotor 102 sollte dann sehr rasch beginnen.
Wenn die Lambdasonden 120, 122 und 124 als
Breitbandlambdasonden ausgebildet sind, liest (ermittelt) die motornahe
Lambdasonde 120 den Sauerstoffgehalt des Abgases (z. B.
wird das Signal S_U erzeugt und übermittelt).
Das Wiederanlassen des Motors 102 kann von der Lambdasonde 120 über das
Signal S_U angezeigt werden. D. h., dass das Signal S_U ein erstes
vorbestimmtes Niveau (d.h. Betrag, Menge usw.) übersteigt.
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Leicht
fettes Abgas ist normalerweise wünschenswert,
um eine geeignete NOx-Emissionskonvertierungsleistung
zu erzielen Überdies
kann leicht fettes Abgas von der Lambdasonde 120 festgestellt und über das
Signal S_U angezeigt werden (d.h. das Signal S_U kann ein zweites
zuvor festgelegtes Niveau übersteigen,
das im Allgemeinen höher
ist als das erste zuvor festgelegte Niveau).
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Bei
einem Ausführungsbeispiel
meldet die Sonde 122 – wenn
die Anordnung 100 unter Verwendung einer Mittelbett-Lambdasonde 122 in
Verbindung mit der motornahen Lambdasonde 120 (d.h. über das
Signal S_MB) realisiert ist – im
Wesentlichen, dass sich das Abgas nicht oder nur in sehr geringem
Maße im
Magerbereich befindet, im Vergleich zu dem Zustand des Abgases an
der motornahen Lambdasonde 120 (d.h. des Signals S_U).
Dies bedeutet, dass das Signal S_MB unter einem dritten vorbestimmten
Niveau liegen kann, wobei das dritte vorbestimmte Niveau im Allgemeinen
niedriger ist als das erste vorbestimmte Niveau und das zweite vorbestimmte
Niveau.
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Die
Sonde 122 wird im Allgemeinen einen geringen Magerbereich
anzeigen (d.h. das Signal S_MB kann niedriger sein als das dritte
vorbestimmte Niveau), wenn der Katalysator 110 den größten Teil des
Sauerstoffs, der in die Abgasanlage 104 gepumpt wurde,
adsorbiert hat, ohne die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Kataly sators 110 zu
sättigen. Wenn
der Katalysator 110 jedoch mit Sauerstoff gesättigt ist,
kommt es im Katalysator 110 im Allgemeinen zu einem Sauerstoffdurchbruch,
was dazu führt, dass
die Mittelbettsonde 122 anzeigt, dass sich das Abgas im
Magerbereich befindet (d.h. das Signal S_MB kann das dritte vorbestimmte
Niveau übersteigen).
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Ist
die Sauerstoffspeicherfähigkeit
des Katalysators 110 während
des Wiederanlassvorgangs des Verbrennungsmotors 102 nicht
gesättigt,
so ist dies im Allgemeinen ein direkter Hinweis darauf, dass die
Anordnung 100 über
eine gute NOx-Konvertierungsleistung
verfügt.
Im Gegensatz dazu deutet eine Sättigung
des Katalysators 110 bei einem Wiederanlassvorgang des
Verbrennungsmotors 102 darauf hin, dass die NOx-Konvertierungsleistung
der Anordnung 100 vermindert ist.
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Wenn
eine verringerte NOx-Reduktions- bzw. eine verringerte NOx-Eliminierungsleistung
festgestellt wurde (z. B. durch eine Analyse der Signale S_U und
S_MB unter Verwendung des Steuergerätes 106, das berechnet,
bestimmt, vergleicht usw., ob das Signal S_U das zweite zuvor festgelegte
Niveau übersteigt
und das Signal S_MB das dritte zuvor festgelegte Niveau übersteigt),
so setzt das Steuergerät 106 in
Reaktion auf die unzureichende NOx-Konvertierungsleistung wenigstens
ein Abhilfeverfahren (d.h. Reaktion, Operation, Vorgang, Methode,
Algorithmus, Schritte, Blöcke,
Routine, usw.) der Anordnung 100 in Gang und steuert dieses
Abhilfeverfahren. Dies bedeutet, dass das Steuergerät 106 ein Verfahren
zur Verringerung der NOx-Emissionen in Gang setzt und steuert, wenn
eine Differenz zwischen dem ersten Abgassauerstoffniveau (z.B. angezeigt
durch das Signal S_U) und dem zweiten Abgassauerstoffniveau (z.B.
angezeigt durch das Signal S_MB) einen vierten vorbestimmten Betrag übersteigt.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel kann
die Anordnung 100 so ausgebildet sein, dass die Nach-Kat-
(oder stromabwärtige)
Lambdasonde 124 und die Mittelbettlambdasonde 122 gemeinsam zum
Einsatz kommen. Wenn die Mittelbettlambdasonde 122 ein
Signal S_MB erzeugt, das anzeigt, dass das Abgas mager ist, (d.h.
das Signal S_MB übersteigt
das dritte zuvor festgelegte Niveau) und die stromabwärtige Lambdasonde 124 nicht
anzeigt, dass das Abgas mager ist, (d.h. das Signal S_P übersteigt
nicht das dritte zuvor festgelegte Niveau), so ist der erste Katalysator
innerhalb des Dreiwegekatalysators 110 gesättigt, während das
Hinterkatalysatorelement innerhalb des Dreiwegekatalysators 110 nicht
gesättigt
ist, so dass die NOx-Konvertierungsleistung annehmbar sein kann
und kein Abhilfeverfahren von dem Steuergerät 106 in Gang gesetzt
und gesteuert wird.
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Dies
bedeutet, dass das Steuergerät 106 im Allgemeinen
dann ein Verfahren zur Reduktion der NOx-Emissionen einleitet und
steuert, wenn ein Differenzbetrag zwischen dem ersten Abgassauerstoffniveau
(z.B. angezeigt durch das Signal S_MB) und dem zweiten Abgassauerstoffniveau
(z.B. angezeigt durch das Signal S_P) den vierten zuvor festgelegten Betrag übersteigt.
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Bei
einem anderen Ausführungsbeispiel
können
die Lambdasonden 120, 122 und 124 als
beheizte Lambdasonden oder als eine Kombination von Breitbandlambdasonden
und beheizten Lambdasonden ausgebildet sein. Beheizte Lambdasonden
(z.B. die Sonden 120, 122 und 124) zeigen
im Allgemeinen an, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von mager zu fett oder
von fett zu mager wechselt. Die sich auf die Signale S_U, S_MB und
S_P beziehenden zuvor festgelegten Niveaus bzw. Zustände sowie
die zuvor festgelegten Differenzen können binäre Niveaus bzw. Zustände umfassen
(d.h. die Signale und Zustände
können
als "ein" (d.h. bestätigt) in
Form eines digitalen wahr-, HIGH-, oder 1-Zustandes und als "aus" (d.h. nicht bestätigt) in
Form eines digitalen falsch-, LOW- oder O-Zustandes übermittelt
werden).
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Die
Zeit zwischen dem Betätigungsvorgang der
Lambdasonde und anderen mit dem Stop-Start-Verfahren verbundenen
Ereignissen (z.B. Feststellen des Wiederanlassens des Verbrennungsmotors
basierend auf Drehzahl- und Drehmomentparametern von Bauteilen des
Antriebsstrangs) kann zusätzliche
Informationen zum Wiederanlassvorgang liefern, die in die Analyse-
und Korrekturprozesse der vorliegenden Erfindung einbezogen werden
können. Beheizte
Lambdasonden sind im Allgemeinen kostengünstiger und unter Umständen einfacher
erhältlich
als Breibandlambdasonden.
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Entsprechend
einem weiteren Ausführungsbeispiel
können
sämtliche
von den Sensoren 120, 122 bzw. 124 übermittelten
Signale S_U, S_MB und S_P eingesetzt werden, um zu bestimmen, wann
die NOx-Konvertierungsleistung des Dreiwegekatalysators 110 vermindert
ist. Das Steuergerät 106 setzt
im Allgemeinen wenigstens ein Verfahren zur Reduktion von NOx-Emissionen
in Gang und steuert dieses Verfahren, wenn, wie oben beschrieben,
eine Kombination der Signale S_U, S_MB und S_P eine verringerte NOx-Konvertierungsleistung
anzeigt.
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Nachfolgend
wird auf 2a und 2b Bezug
genommen. 2a zeigt ein Diagramm 200 eines
Wiederanlassens eines konventionellen Verbrennungsmotors nach dem
Stand der Technik mit mangelhafter NOx-Konvertierung. 2b zeigt
ein Diagramm 300 eines Wiederanlassens eines Verbrennungsmotors
mit guter NOx-Konvertierung entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Die Plots 202 und 302 stellen jeweils das Signal
S_U dar, die Plots 204 und 304 jeweils das Signal
S_MB und die Plots 206 and 306 jeweils das Signal
S_P.
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Mit
der Anordnung und dem Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
werden im Wesentlichen Informationen zur NOx-Konvertierungsleistung von
Fahrzeugen bei Stop-Start-Ereignissen zur Verfügung gestellt. Die vorliegende
Erfindung kann vorteilhaft bei Hybridfahrzeugen und bei konventionell betriebenen
Fahrzeugen (die nur einen Verbrennungsmotor aufweisen) eingesetzt
werden. Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
können
zur Ausführung der
vorliegenden Erfindung konventionelle beheizte Lambdasonden verwendet
werden. Gemäß einem anderen
Ausführungsbeispiel
können
zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung Breitbandlambdasonden verwendet werden.
Gemäß einem
weiteren Ausführungsbeispiel
kann zur Ausführung
der vorliegenden Erfindung eine Kombination von beheizten Lambdasonden
und Breitbandlambdasonden verwendet werden.
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Die
Anordnung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung sieht allgemein
eine On-Board-Diagnose (on-board diagnosis (OBD)) der NOx-Konvertierungsleistung
während
eines Stop-Start-Ereignisses des Verbrennungsmotors vor. Die Anordnung und
das Verfahren der vorliegenden Erfindung bieten allgemein eine Rückmeldung über die
Emissionskonvertierungsleistung des Fahrzeugs an die Emissi onssteuerungsstrategie.
Die Rückmeldung
sorgt im Allgemeinen für
eine verbesserte oder optimierte Leistung der Emissionssteuerungsanordnung.