DE10223981A1 - Verfahren und System zur Reduzierung von Abgasen eines Fahrzeugs unter Verwendung eines stromabwärts einer Abgasregelvorrichtung liegenden Fühlers - Google Patents

Verfahren und System zur Reduzierung von Abgasen eines Fahrzeugs unter Verwendung eines stromabwärts einer Abgasregelvorrichtung liegenden Fühlers

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DE10223981A1
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Joanne Temple
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und System zur Regelung eines Magerverbrennungsmotors (12), dessen Abgas durch ein Abgasbehandlungssystem (30) geleitet wird, das eine Abgasregelvorrichtung (34), die abwechselnd einen gewählten Bestandteil von Abgas, wie NO¶x¶, basierend auf Motorbetriebszuständen speichert und freigibt und einen stromabwärts der Vorrichtung (34) eingesetzten NO¶x¶-Fühler (40) enthält. Das System schätzt die in die Vorrichtung (34) strömende NO¶x¶-Konzentration im Abgas, basierend auf den Motorbetriebszuständen und ermittelt beruhend auf dem vom NO¶x¶-Fühler (40) erzeugten Ausgangssignal einen die Konzentration des aus der Vorrichtung (34) ausströmenden NO¶x¶ angegebenen Wert. Ein Spülergebnis wird für die Vorrichtung (34) eingeleitet, wenn deren beruhend auf den NO¶x¶-Konzentrationswerten von in die Vorrichtung und aus der Vorrichtung strömenden NO¶x¶ berechnete Effizienz unter eine vorbestimmte Minimaleffizienz fällt. Die Länge eines Spülereignisses wird als Funktion eines akkumulierten Maßes bestimmt, das aus der Differenz zwischen den NO¶x¶-Konzentrationswerten von in die Vorrichtung (34) und aus ihr ausströmenden NO¶x¶ ermittelt wird (Figur 1).

Description

    HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und System zur Behandlung von Abgas, das von einem im "Magerverbrennungsbetrieb" arbeitenden Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung erzeugt wird, so dass die am Auspuff austretenden Emissionen eines gewählten Abgasbestandteils verringert werden.
  • 2. Stand der Technik
  • Im allgemeinen erzeugt der Betrieb eines Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs Motorabgas, das verschiedene Abgasbestandteile, einschließlich Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff und Stickoxid enthält. Die Erzeugungsrate, mit der der Motor diese Abgasbestandteile erzeugt, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie von der Motordrehzahl und -last, der Motortemperatur, dem Zündzeitpunkt ("Funken") und der Abgasrückführung EGR. Darüber hinaus erzeugen derartige Motoren häufig erhöhte Niveaus eines oder mehrerer Gasbestandteile, wie NOx, wenn der Motor im Magerbetrieb arbeitet, d. h., wenn Motorbetriebsbedingungen vorliegen, bei denen das Verhältnis der angesaugten Luft zum eingespritzten Kraftstoff größer ist als das stöchiometrische Luft- Kraftstoffmischungsverhältnis, um beispielsweise die Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs zu verbessern.
  • Zur Regelung der Emissionen des Fahrzeugs am Auspuff werden im Stand der Technik Abgasbehandlungssysteme für Fahrzeuge beschrieben, die einen oder mehrere Dreiwegekatalysatoren, auch als Abgasregelvorrichtungen bezeichnet, in einem Abgasweg einsetzen, um gewählte Abgasbestandteile abhängig von den Motorbetriebszuständen zu speichern und freizusetzen. Z. B. beschreibt das US-Patent Nr. 5 437 153 eine Abgasregelvorrichtung, die, wenn das Abgas mager ist, den Bestandteil NOx speichert und vorher gespeichertes NOx freisetzt, wenn das Abgas entweder das stöchiometrische Mischungsverhältnis aufweist oder auf der fetten Seite desselben liegt, d. h., wenn das Verhältnis der angesaugten Luft zum eingespritzten Kraftstoff an oder unter dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoffverhältnis liegt. Solche Systeme setzen häufig eine Regelung der Speicher- und Freisetzzeiten (auch bekannt als "Füll"- und "Spül"-Zeiten) in offener Schleife ein, um die Vorteile der erhöhten Kraftstoffeffizienz, die durch den Magermotorbetrieb erreicht werden, ohne gleichzeitige Erhöhung der Emissionen, wenn die Vorrichtung gefüllt wird, zu maximieren.
  • Die Zeiten jedes Spülereignisses müssen so geregelt sein, dass die Vorrichtung ihre Speicherkapazität für den gewählten Abgasbestandteil nicht anderweitig überschreitet, weil der gewählte Abgasbestandteil sonst die Vorrichtung durchsetzen und eine Erhöhung der Emissionen im Auspuffrohr bewirken würde. Weiterhin wird der Zeitpunkt des Spülereignisses bevorzugt so geregelt, dass eine Spülung nur teilweise gefüllter Vorrichtungen wegen bei einer Anfettung des Luft-Kraftstoffgemisches bei den Spülereignissen drohender Strafen vermieden wird. Darüber hinaus werden, wenn mehrere Abgasregelvorrichtungen in Reihe hintereinander vorgesehen sind, überschüssige HC- und CO-Bestandteile im zugeführten Gas während des Spülereignisses typischerweise anfänglich in der stromaufwärtigen Vorrichtung verbraucht, um dort gespeicherten Sauerstoff freizusetzen, woraufhin die überschüssigen HC- und CO-Bestandteile im zugeführten Gas schließlich die stromaufwärtige Vorrichtung "durchbrechen" und in die in Strömungsrichtung unten liegenden Vorrichtung eintreten, und dadurch sowohl eine anfängliche Freisetzung von zuvor in der stromabwärtigen Vorrichtung gespeichertem Sauerstoff und anschließend eine Freisetzung des gespeicherten gewählten Abgasbestandteils verursachen.
  • Im Stand der Technik wurde erkannt, dass die Speicherkapazität einer bestimmten Abgasregelvorrichtung selbst eine Funktion vieler Variabler, einschließlich der Temperatur der Vorrichtung, ihrer Vergangenheit, ihres Verschwefelungsniveaus und des Vorhandenseins thermischer Beschädigungen der Vorrichtung ist. Darüber hinaus lehrt der Stand der Technik, dass, sowie die Vorrichtung an ihre maximale Kapazität kommt, die inkrementelle Rate, die auch als momentane Effizienz der Vorrichtung bezeichnet wird, mit der die Vorrichtung weiterhin den gewählten Abgasbestandteil speichert, zu fallen beginnt. Demgemäß beschreibt das US-Patent Nr. 5 437 153 für die darin beschriebene Vorrichtung die Anwendung einer nominellen NOx-Rückhaltekapazität, die beträchtlich kleiner ist als die tatsächliche NOx-Speicherkapazität der Vorrichtung, um dadurch die Vorrichtung mit einer perfekten momentanen NOx-Absorptionsleistung auszustatten, d. h. so, dass die Vorrichtung die gesamte, vom Motor erzeugte NOx-Menge so lange absorbieren kann, wie die kumulativ gespeicherte NOx-Menge unter dieser nominellen (Soll)-Kapazität bleibt. Ein Spülereignis wird zur Verjüngung der Vorrichtung eingeleitet, sowie akkumulierte Schätzwerte der vom Motor erzeugten NOx-Menge die Sollkapazität der Vorrichtung erreichen. Unglücklicherweise benötigt die Anwendung einer derartigen festen Sollkapazität für NOx eine größere Vorrichtung, weil dieser im Stand der Technik vorgeschlagene Weg auf einer Teilfüllung, d. h. einer Füllung mit NOx zu 50% beruht, um die Rückhaltung des vom Motor erzeugten NOx-Bestandteils sicherzustellen.
  • Die Menge des tatsächlich in einer bestimmten Abgasregelvorrichtung während des Betriebs des Fahrzeugs gespeicherten gewählten Abgasbestandteils hängt von der Konzentration desselben im Eintragsgas vom Motor, der Strömungsrate des Abgases, der Umgebungsfeuchte, der Temperatur der Vorrichtung und von anderen Variablen ab, einschließlich der "Vergiftung" der Vorrichtung mit bestimmten anderen Abgasbestandteilen. Wenn z. B. ein Verbrennungsmotor mit Innenverbrennung mit einem schwefelhaltigen Kraftstoff betrieben wird, lehrt der Stand der Technik, dass die Vorrichtung Schwefel einlagern kann und dadurch sowohl die absolute Kapazität der Vorrichtung zum Speichern des gewählten Abgasbestandteils als auch die momentane Speicherleistung für den Bestandteil in der Vorrichtung sinken können. Wenn eine derartige Verschwefelung der Vorrichtung ein kritisches Niveau überschreitet, muss das gespeicherte SOx "ausgebrannt" oder während eines Entschwefelungsvorgangs freigesetzt werden, während dem die Temperatur der Vorrichtung über etwa 650°C in Anwesenheit von überschüssigem HC und CO angehoben wird. Lediglich beispielhaft lehrt das US-Patent Nr. 5 746 049 ein Entschwefelungsverfahren für eine Abgasregelvorrichtung, welches die Temperatur der Vorrichtung auf mindestens 650°C erhöht, indem eine Quelle von Sekundärluft in das Abgas stromaufwärts von der Vorrichtung eingeleitet wird, wenn der Motor mit einem angereicherten Luft- Kraftstoffgemisch arbeitet, wobei die sich dabei einstellende exotherme Reaktion die Temperatur der Vorrichtung auf das gewünschte Niveau zur Reinigung der Vorrichtung von SOx erhöht.
  • Somit ist es erkennbar, dass sowohl die Kapazität der Vorrichtung zum Einspeichern des gewählten Abgasbestandteils als auch die aktuelle Menge des in der Vorrichtung gespeicherten gewählten Abgasbestandteils komplexe Funktionen vieler Variabler sind, die von den im Stand der Technik verwendeten und auf einem Akkumulationsmodell beruhenden Systemen nicht Betracht gezogen werden.
  • Die vorliegenden Erfinder haben einen Bedarf an einem Verfahren und einem System zur Regelung einen Verbrennungsmotors mit Innenverbrennung erkannt, dessen Abgas von einer Abgasregelvorrichtung aufgenommen wird, die die Menge des in einer Abgasregelvorrichtung während des Magerbetriebs des Motors aufgenommenen gewählten Abgasbestandteils, wie NOx, noch genauer ermitteln können und in Reaktion darauf die Füll- und Spülzeiten zur Optimierung der Emissionen im Auspuffrohr noch genauer regeln können.
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung ermöglicht ein Verfahren und ein System zur Regelung eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung, der in mehreren Motorbetriebszuständen arbeitet, die durch Verbrennung von Luft-Kraftstoffgemischen mit verschiedenen Luft-Kraftstoffmischungsverhältnissen charakterisiert sind und bei denen Motorabgas erzeugt wird, das durch ein Abgasbehandlungssystem geleitet wird, das eine Abgasregelvorrichtung enthält, die einen gewählten Abgasbestandteil, wenn das Abgas mager ist, speichert und den gespeicherten gewählten Abgasbestandteil freisetzt, wenn das Abgas fett ist, und wobei das System einen Fühler hat, der im Betrieb ein Ausgangssignal erzeugt, das die Konzentration des gewählten Abgasbestandteils, wie NOx, in dem aus der Abgasregelvorrichtung tretenden Abgas angibt. Das Verfahren enthält die Ermittlung eines ersten Werts, der eine momentane Konzentration des gewählten Bestandteils im Motorabgas, während der Motor im Magerbetrieb arbeitet, angibt; die Ermittlung eines zweiten Werts, der die momentane Konzentration des aus der Abgasregelvorrichtung austretenden gewählten Abgasbestandteils auf Grund des vom Fühler erzeugten Ausgangssignals darstellt und die Auswahl eines Motorbetriebszustands als Funktion des ersten und zweiten Werts. Genauer wird in einer bevorzugten Ausführungsform der erste Wert mittels einer Verweistabelle geschätzt, die tabellarische Wert für die Konzentration des gewählten Abgasbestandteils im Motoreintragsgas als Funktion der momentanen Drehzahl und Last des Motors enthält. Der Magerbetriebszustand wird beendet und ein zum Ausspülen des gespeicherten gewählten Abgasbestandteils aus der Vorrichtung geeigneter fetter Betriebszustand eingeleitet, wenn der Wirkungsgrad (die Effizienz) der Vorrichtung, der beruhend auf dem ersten und zweiten Wert berechnet wird, unter einen vorbestimmten minimalen Wirkungsgrad abfällt. Auf diese Weise wird das Einspeichern des gewählten Bestandteils in der Vorrichtung und damit die "Füllzeit", während der der Motor im Magerbetriebszustand arbeitet, ohne den Bezug auf ein Akkumulationsmodell optimiert, wie es für den Stand der Technik charakteristisch ist.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal dieser Erfindung enthält das Verfahren bevorzugt die Berechnung eines Differenzwerts auf der Basis des ersten und zweiten Werts, wobei dieser Differenzwert die Menge des momentan in der Abgasregelvorrichtung gespeicherten gewählten Bestandteils angibt, und der Differenzwert wird über die Zeit akkumuliert und ergibt ein erstes akkumuliertes Maß, das die Gesamtmenge des in der Abgasregelvorrichtung während des Magermotorbetriebs gespeicherten gewählten Abgasbestandteils angibt. Bevorzugt enthält das Verfahren außerdem die Berechnung der über die stöchiometrische Menge hinaus gehenden Kraftstoffmenge, die zur Ausspülung des gewählten Abgasbestandteils und des gespeicherten Sauerstoffs aus der Abgasregelvorrichtung benötigt wird, beruhend auf dem ersten akkumulierten Messwert und einem zuvor gespeicherten Wert, der die Überschusskraftstoffmenge angibt, die zum Ausspülen lediglich von Sauerstoff aus der Abgasregelvorrichtung benötigt wird. Das Verfahren enthält bevorzugt auch die Akkumulation eines Werts, der eine momentane Menge des dem Motor über die stöchiometrische Menge hinaus zugeführten Kraftstoffs während eines Spülereignisses angibt, um ein zweites akkumuliertes Maß zu erzeugen, und schließlich die Beendigung des Spülereignisses, wenn das zweite akkumulierte Maß die Gesamtüberschussmenge von Kraftstoff übersteigt. Auf diese Weise optimiert die Erfindung die Überschusskraftstoffmenge, die zum Spülen der Vorrichtung benötigt wird und indirekt die Spülzeiten für die Vorrichtung.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung enthält das Verfahren bevorzugt die Wahl eines Motorbetriebszustands zur Entschwefelung der Abgasregelvorrichtung, wenn der berechnete Effizienzwert für die Vorrichtung unter den Minimumeffizienzwert fällt und der erste akkumulierte Messwert einen Minimumspeicher-Referenzwert für den gewählten Abgasbestandteil der Abgasregelvorrichtung nicht übersteigt. Das Verfahren enthält bevorzugt außerdem die Angabe eines Zerfalls der Vorrichtung, falls eine vorbestimmte Anzahl von Motorbetriebszuständen zur Entschwefelung der Abgasregelvorrichtung ohne jede Erhöhung des Maximalwerts für den ersten akkumulierten Messwert ausgeführt worden sind.
  • Übereinstimmend mit einem anderen Merkmal der Erfindung wird der die Überschusskraftstoffmenge, die zum ausschließlichen Spülen von Sauerstoff benötigt wird, angebende Wert unter Verwendung eines Adaptionswerts periodisch aktualisiert, der selbst durch Vergleich des Ausgangssignals des Fühlers mit einem Minimumkonzentrations-Referenzwerts für den gewählten Abgasbestandteil nach Abschluss eines eingeleiteten Spülzyklus erzeugt wird. Genauer wird der Adaptionswert als Funktion eines Fehlerwerts zwischen dem Ausgangssignal des Fühlers und dem Minimumkonzentrations-Referenzwert erzeugt.
  • Die obige Aufgabe und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung noch deutlicher, wenn die Beschreibung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen studiert wird.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Fig. 1 zeigt schematisch ein Motorsystem für die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung;
  • Fig. 2 zeigt grafisch das von einem stromabwärts liegenden Abgasbestandteilfühler, genauer vom NOx-Fühler des Systems erzeugte, Ausgangssignal und das Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis im Abgas während eines Betriebszyklus des Motors zwischen einem mageren Betriebszustand und einem fetten Betriebszustand zum Spülen der Abgasregelvorrichtung; und
  • Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm der von einem Ausführungsbeispiel des Systems ausgeführten Schritte eines Regelprozesses.
    • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
  • Fig. 1 zeigt ein exemplarisches Regelsystem 10 für einen Vierzylinder-Benzinmotor 12 mit Direkteinspritzung und Funkenzündung für ein Kraftfahrzeug, welches einen elektronischen Motorregler 14 mit ROM, RAM und einem Prozessor ("CPU") enthält. Der Regler 14 regelt den Betrieb eines Satzes Kraftstoffinjektoren 16. Die Kraftstoffinjektoren 16, die von herkömmlicher Art sind, liegen so, dass sie Kraftstoff direkt in einen jeweiligen Zylinder 18 des Motors 12 in präzisen vom Regler 14 bestimmten Mengen einspritzen. Der Regler 14 regelt gleichermaßen den Einzelbetrieb, d. h. den Zeitpunkt des durch jede Zündkerze 20 eines Zündkerzensatzes geleiteten Stroms in bekannter Weise.
  • Der Regler 14 regelt auch eine elektronische Drosselklappe 22, die den in den Motor 12 gesaugten Luftmassenstrom reguliert. Ein Luftmassenstromfühler 24, der am Lufteinlass des Einlasskrümmers 26 des Motors liegt, erzeugt ein Signal entsprechend dem aus der Position der Drosselklappe 22 des Motors resultierenden Luftmassenstrom. Das Luftstromsignal vom Luftmassenstromsensor 24 dient dem Regler 14 dazu, einen Luftmassenwert zu berechnen, der die pro Zeiteinheit in das Ansaugsystem des Motors strömende Luftmasse angibt.
  • Ein erster Sauerstoffühler 28, der mit dem Abgaskrümmer des Motors gekoppelt ist, erfasst den Sauerstoffgehalt in dem vom Motor 12 erzeugten Abgas und überträgt ein entsprechendes Ausgangssignal an den Regler 14. Der erste Sauerstoffühler 28 lässt den Regler 14 die Regelung des Luft- Kraftstoffmischungsverhältnisses der dem Motor 12 zugeführten Luft-Kraftstoffmischung rückkoppelnd verbessern, insbesondere während des Betriebs des Motors 12 am stöchiometrischen Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis oder in der Nähe desselben, welches bei einem hergestellten Ausführungsbeispiel etwa 14,65 ist. Mehrere andere Sensoren, einschließlich eines Drehzahlsensors und eines Lastsensors für die Motordrehzahl und die Motorlast, sind allgemein mit 29 bezeichnet und erzeugen in bekannter Weise zusätzliche Signale, die vom Regler 14 verarbeitet werden.
  • Ein Abgassystem 30 führt das durch Verbrennung eines Luft- Kraftstoffgemischs in jedem Zylinder 18 erzeugte Abgas durch zwei Abgasregelvorrichtungen 32, 34. Ein zweiter Sauerstoffühler 38, der ein schaltender HEGO-Fühler sein kann, liegt im Abgassystem 30 zwischen der ersten und zweiten Vorrichtung 32, 34. In einem verwirklichten Ausführungsbeispiel sind der erste und zweite Sauerstoffühler 28, 38 beide "schaltende" geheizte Abgassauerstoffühler (HEGO); die Erfindung umfasst jedoch auch andere geeignete Fühler zur Erzeugung eines Signals, das die Konzentration von aus der ersten Vorrichtung 32 austretendem Sauerstoff im Abgaskrümmer angibt und die, ohne darauf beschränkt zu sein, Abgassauerstoffühler (EGO) und lineare Fühler, wie Universalabgassauerstoffühler (UEGO) einschließen.
  • Erfindungsgemäß ist im Abgassystem 30 stromabwärts der zweiten Vorrichtung 34 ein NOx-Fühler 40 angebracht. Der NOx-Fühler 40 erzeugt ein Ausgangssignal CNOx, das die momentane Konzentration eines gewählten Abgasbestandteils (NOx) in dem aus der zweiten Vorrichtung 34 strömenden Abgas angibt. Fig. 2 zeigt grafisch ein beispielhaftes Ausgangssignal CNOx, das während eines Betriebszyklus des Motors zwischen einem Magerbetriebszustand und einem angereicherten Betriebszustand zum Spülen der zweiten Abgasregelvorrichtung 34 vom NOx-Fühler 40 erzeugt wird, zusammen mit einem vom zweiten Sauerstoffühler 38 erzeugten Ausgangssignal, das die Sauerstoffkonzentration vom Abgas unmittelbar stromaufwärts von der zweiten Abgasregelvorrichtung 34 angibt.
  • Fig. 3 zeigt ein Flussdiagramm, das die Schritte des vom exemplarischen System 10 ausgeführten Regelprozess veranschaulicht. Genauer schätzt der Regler 14, nachdem ein Magermotorbetriebszustand begonnen hat, die momentane Konzentration von "Eintragsgas" NOx, d. h. die Konzentration von NOx im Motorabgas als Ergebnis der Verbrennung eines Luft- Kraftstoffgemischs im Motor 12 als Funktion der momentanen Motorbetriebszustände. Lediglich beispielhaft sucht der Regler 14 in einer bevorzugten Ausführungsform einen gespeicherten Schätzwert für die momentane Eintragsgaskonzentration von NOx aus einer im ROM gespeicherten Verweistabelle, die ursprünglich aus Tabellendaten für den Motor gewonnen wurde. Da der Regler 14 das vom stromabwärtigen NOx- Fühler erzeugte Ausgangssignal empfängt, das ein direktes Maß der NOx-Konzentration in dem aus der zweiten Abgasregelvorrichtung 34 strömenden Abgas ist, berechnet er einerseits die momentane NOx-Absorptionseffizienz ENOx der zweiten Abgasregelvorrichtung 34 und andererseits ein akkumuliertes Mengenmaß QNOx, das die NOx-Menge angibt, die in der zweiten Vorrichtung absorbiert oder gespeichert worden ist (die über die Zeit akkumulierte Differenz zwischen der geschätzten Eintragsgaskonzentration NOx und der Konzentration des aus der zweiten Vorrichtung 34 ausströmenden NOx-Gases). Dann vergleicht der Regler die momentane NOx-Absorptionseffizienz ENOx mit einem Referenzwert ENOx_MIN.
  • Falls die momentane NOx-Absorptionseffizienz ENOx unter den Referenzwert ENOx_MIN fällt, vergleicht der Regler 14 die Momentantemperatur T der zweiten Vorrichtung 34 mit vorbestimmten Werten T_MIN und T_MAX, die jeweils eine minimale und maximale Betriebstemperatur der Vorrichtung angeben, um sicherzustellen, dass eine momentan geringe Effizienz der zweiten Abgasregelvorrichtung 34 nicht von einem Betrieb derselben außerhalb ihres nominellen Temperaturbereichs herrührt. Falls die Temperatur T der zweiten Abgasregelvorrichtung 34 nicht im richtigen Temperaturbereich liegt, beendet der Regler 14 den Magermotorbetrieb und leitet einen Spülvorgang für die zweite Vorrichtung 34 ein.
  • Wenn dagegen die Temperatur T der zweiten Vorrichtung 34 in dem richtigen Betriebsbereich liegt, vergleicht der Regler 14 den akkumulierten Messwert QNOx mit einem Minimumreferenzwert QNOx_MIN, um festzustellen, ob die geringe momentane Effizienz der Vorrichtung 34 das Ergebnis einer nahezu gefüllten zweiten Vorrichtung 34 ist. Falls der akkumulierte Messwert QNOx größer als der Minimumreferenzwert QNOx_MIN ist, leitet der Regler 14 ein Spülereignis ein. Falls der akkumulierte Messwert QNOx kleiner als der minimale Referenzwert QNOx_MIN ist, stellt sich die geringe momentane Effizienz der Vorrichtung 34 als Ergebnis einer sich aufsummierenden Verschwefelung der Vorrichtung 34 oder ihres Zerfalls heraus. Der Regler 14 leitet dann ein Entschwefelungsereignis ein, das nachstehend mehr im einzelnen beschrieben ist.
  • Nach Einleitung eines Spülereignisses schaltet der Regler 14 das Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis der den Motorzylindern zugeführten Luft-Kraftstoffmischung von mager auf fett um. Während des Spülereignisses integriert der Regler 14 über die Zeit die Menge des dem Motor zugeführten Überschusskraftstoffs, d. h. die Menge, mit der Kraftstoff über die für den stöchiometrischen Motorbetrieb nötige Menge hinaus zur Durchführung des Spülereignisses zugeführt wird und erhält so ein repräsentatives Maß XSF für die Überschusskraftstoffmenge. Mittlerweile berechnet der Regler 14 einen Überschusskraftstoffmengenreferenzwert XSF_MAX, der die Menge vom Überschusskraftstoff angibt, die zum Ausspülen der berechneten Menge QNOx von gespeichertem NOx aus der zweiten Vorrichtung 34 nötig ist. Genauer ist der Referenzwert XSF_MAX für die Überschusskraftstoffmenge direkt proportional zur gespeicherten NOx-Menge und wird mit folgender Gleichung bestimmt:

    XSF_MAX = K × QNOx + XSF_OSC,

    worin K eine Proportionalitätskonstante zwischen der gespeicherten NOx-Menge und der Überschusskraftstoffmenge ist und XSF_OSC ein zuvor berechneter Wert ist, der die zum Freisetzen des in der zweiten Vorrichtung 34 gespeicherten Sauerstoffs benötigte Überschusskraftstoffmenge angibt, wie dies nachstehend beschrieben wird.
  • Wenn die dem Motor zugeführte Überschusskraftstoffmenge XSF den berechneten maximalen Wert XSF_MAX übersteigt, beendet der Regler 14 das Spülereignis, woraufhin er den Motorbetrieb entweder in die Nähe des stöchiometrischen oder bevorzugt in einen Magerbetriebszustand versetzt.
  • Der Regler 14 passt periodisch den gespeicherten Wert XSF_OSC, der die zum Freisetzen des zuvor in der zweiten Vorrichtung 34 während des Magermotorbetriebs gespeicherten Sauerstoffs benötigte Überschusskraftstoffmenge angibt, unter Verwendung der folgenden Anpassprozedur an: Wenn die zweite Vorrichtung vollständig von NOx gereinigt worden ist, fällt die NOx-Konzentration in dem aus der zweiten Vorrichtung 34 strömenden Abgas und damit das Ausgangssignal des stromabwärtigen NOx-Fühlers 14 unter einen vorbestimmten Referenzwert CNOx_MIN ab. Falls die aktuelle Spülzeitdauer größer als die Zeitdauer ist, die die NOx-Konzentration im Auspuffrohr braucht, um unter den Referenzwert CONx_MIN abzufallen, bestimmt der Regler 14, dass die zweite Vorrichtung 34 "übermäßig gespült" worden ist, d. h., dass eine größere Überschusskraftstoffmenge zugeführt wurde, als sie sonst zum Ausspülen des in der zweiten Vorrichtung 34 gespeicherten NOx und Sauerstoffs nötig ist, und der Regler 14 reduziert den gespeicherten Wert XSF_OSC. Falls andererseits die in dem aus der zweiten Vorrichtung 34 ausströmenden Abgas gemessene NOx-Konzentration nicht unter den Referenzwert CNOx_MIN abfällt, bestimmt der Regler 14, dass gespeichertes NOx und Sauerstoff nicht vollständig aus der zweiten Vorrichtung 34 gespült worden sind und erhöht dementsprechend den gespeicherten Wert XSF_OSC.
  • Übereinstimmend mit einem anderen Merkmal dieser Erfindung verwendet der Regler 14 den akkumulierten Messwert QNOx, der die in der zweiten Vorrichtung 34 absorbierte oder gespeicherte NOx-Menge angibt, zu Diagnosezwecken. Zum Beispiel wird, wie zuvor beschrieben, in einer bevorzugten Ausführungsform bevorzugt ein Entschwefelungsvorgang für die zweite Vorrichtung 34 eingeleitet, wenn deren momentane Effizienz ENOx unter eine minimale Effizienz ENOx_MIN und der akkumulierte Messwert QNOx für gespeichertes NOx unter einen vorbestimmten Referenzwert QNOx_MIN abfällt, ungeachtet der fortgesetzten Arbeit der zweiten Vorrichtung im richtigen Temperaturbereich. Darüber hinaus wird, falls der akkumulierte Messwert QNOx für gespeichertes NOx nach Vervollständigung des Entschwefelungsereignisses immer noch kleiner als der Referenzwert QNOx_MIN ist, ein Fehlfunktionsanzeigecode angestoßen und der Magerbetriebszustand des Motors beendet.
  • Zuvor wurde in der Beschreibung eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben und veranschaulicht. Diese soll jedoch nicht alle möglichen Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen und beschreiben. Statt dessen sollen die in dieser Beschreibung verwendeten Wort nicht beschränken, und es sollte deutlich sein, dass der Umfang der Erfindung lediglich durch die Merkmale der beiliegenden Patentansprüche spezifiziert ist.

Claims (15)

1. Verfahren zur Regelung eines Verbrennungsmotors (12), der in einer Vielzahl von Motorbetriebszuständen arbeitet, die durch die Verbrennung eines Luft-Kraftstoffgemischs mit verschiedenen Luft-Kraftstoffmischungsverhältnissen charakterisiert sind, und Motorabgas erzeugen, wobei das Abgas durch ein Abgasbehandlungssystem geleitet wird, das eine Abgasregelvorrichtung (34) enthält, welche, wenn das Abgas mager ist, einen gewählten Abgasbestandteil speichert und den gespeicherten gewählten Abgasbestandteil freisetzt, wenn das Abgas fett ist, und ein Fühler vorgesehen ist, der im Betrieb ein Ausgangssignal erzeugt, der die Konzentration des gewählten Abgasbestandteils in dem aus der Vorrichtung (34) strömenden Abgas angibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren aufweist:
Ermitteln eines ersten Werts, der eine momenentane Konzentration des gewählten Bestandteils im Motorabgas angibt, wenn der Motor in dem Magerbetriebszustand arbeitet;
Ermitteln eines zweiten Werts, der die momentane Konzentration des aus der Vorrichtung (34) strömenden gewählten Abgasbestandteils angibt, auf der Basis des von dem Fühler (40) erzeugten Ausgangssignals; und
Wählen eines Motorbetriebszustandes als Funktion des ersten und des zweiten Werts.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des ersten Werts eine Schätzung des ersten Werts als Funktion wenigstens eines Parameters aus der Gruppe enthält, die aus der Motordrehzahl und der Motorlast besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wählschritt während des Magerbetriebszustandes einen Effizienzwert basierend auf dem ersten und zweiten Wert berechnet, und den Magerbetriebszustand beendet, wenn der Effizienzwert unter einen Minimumeffizienzwert fällt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wählschritt enthält:
Berechnen eines Differenzwerts, basierend auf dem ersten und zweiten Wert;
Zeitliche Akkumulation des Differenzwerts, um ein erstes akkumuliertes Maß zu erzeugen, das eine Menge des in der Vorrichtung (34) gespeicherten gewählten Abgasbestandteils angibt;
Berechnen einer die stöchiometrische Kraftstoffmenge übersteigende Gesamtüberschusskraftstoffmenge, die zum Freisetzen des gewählten Abgasbestandteils und von gespeichertem Sauerstoff aus der Vorrichtung (34) benötigt wird, als Funktion des ersten akkumulierten Maßes und eines zuvor gespeicherten Überschusskraftstoffmengenwerts, der die zum Freisetzen lediglich des in der Vorrichtung (34) gespeicherten Sauerstoffs benötigte Überschusskraftstoffmenge angibt; und
Zuführen einer die stöchiometrische Kraftstoffmenge übersteigenden Kraftstoffmenge zum Motor, basierend auf der Überschusskraftstoffmenge.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftstoffzufuhrschritt enthält:
Akkumulieren eines Werts, der die momentane dem Motor während eines gegebenen Motorbetriebszustands zugeführte Überschusskraftstoffmenge angibt, um ein zweites akkumuliertes Maß zu erzeugen; und
Beenden des gegebenen Motorbetriebszustands, wenn das zweite akkumulierte Maß die Gesamtüberschusskraftstoffmenge übersteigt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin enthält:
einen Vergleich des Ausgangssignals des Fühlers (40) mit einem eine minimale Konzentration angebenden Minimalkonzentrations-Referenzwert nach Beendigung des gegebenen Motorbetriebszustands; und
Erzeugen eines Adaptionswerts zur Änderung des nur zum Ausspülen von Sauerstoff dienenden Überschusskraftstoffwerts als Funktion irgendeines Fehlerwerts zwischen dem Ausgangssignal des Fühlers (40) und dem Minimalkonzentrations-Referenzwert.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Wählschritt enthält:
Berechnung eines Vorrichtungseffizienzwerts während des Magerbetriebszustands, basierend auf dem ersten und zweiten Wert; und
Wählen eines Entschwefelungsbetriebszustands des Motors zur Entschwefelung der Vorrichtung (34), wenn der Effizienzwert unter einen minimalen Effizienzwert fällt und das erste akkumulierte Maß den Minimalkonzentrations- Referenzwert für den gewählten Abgasbestandteil in der Vorrichtung (34) nicht übersteigt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es außerdem eine den Zerfall der Vorrichtung angebende Information erzeugt, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Entschwefelungsmotorbetriebszuständen ohne jede Erhöhung des Maximalwerts für das erste akkumulierte Maß durchgeführt worden ist.
9. System zur Regelung eines Verbrennungsmotors (12) mit innerer Verbrennung, der in mehreren Motorbetriebszuständen arbeitet, die durch eine Verbrennung von Luft- Kraftstoffgemischen unterschiedlicher Luft-Kraftstoffmischungsverhältnisse charakterisiert sind, wobei das durch eine derartige Verbrennung erzeugte Abgas durch ein Abgasbehandlungssystem geleitet wird, das eine Abgasregelvorrichtung (34) enthält, die einen gewählten Abgasbestandteil speichert, wenn das Abgas mager ist, und den gespeicherten gewählten Abgasbestandteil freisetzt, wenn das Abgas fett ist, und wobei ein Fühler (40) vorgesehen ist, der im Betrieb ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Konzentration eines gewählten Bestandteils in dem aus der Vorrichtung strömenden Abgas angibt, dadurch gekennzeichnet, dass das System aufweist:
einen Regler (14), der einen Mikroprozessor enthält, der dazu eingerichtet ist, einen ersten Wert, der eine momentane Konzentration des gewählten Bestandteils im Motorabgas angibt, wenn der Motor in einem Magerbetriebszustand arbeitet und basierend auf dem vom Fühler (40) erzeugten Ausgangssignal einen zweiten Wert zu ermitteln, der die momentane Konzentration des aus der Vorrichtung (34) ausströmenden gewählten Abgasbestandteil angibt, wobei der Regler (14) außerdem dazu eingerichtet ist, einen Motorbetriebszustand als Funktion des ersten und zweiten Werts zu wählen.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (14) außerdem dazu eingerichtet ist, beruhend auf dem ersten und zweiten Wert einen Effizienzwert zu berechnen und den Magerbetriebszustand zu beenden, wenn dieser Effizienzwert unter einen minimalen Effizienzwert abfällt.
11. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (14) außerdem basierend auf dem ersten und zweiten Wert einen Differenzwert berechnet und den Differenzwert zeitlich akkumuliert, um ein erstes akkumuliertes Maß zu erzeugen, das eine Menge des in der Vorrichtung gespeicherten gewählten Abgasbestandteils angibt; als Funktion des ersten akkumulierten Maßes und eines zuvor gespeicherten Überschusskraftstoffmengenwerts, der eine Überschusskraftstoffmenge angibt, die zum Freisetzen lediglich von Sauerstoff aus der Vorrichtung (34) benötigt wird, einen Gesamtüberschusskraftstoffmengenwert berechnet, der eine über eine stöchiometrische Kraftstoffmenge hinaus gehenden Kraftstoffmenge angibt, die zum Freisetzen des gewählten Abgasbestandteils und von gespeichertem Sauerstoff aus der Vorrichtung (34) benötigt wird, und beruhend auf dem Überschusskraftstoffmengenwert dem Motor eine Kraftstoffmenge über die stöchiometrische Menge hinaus zuführt.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (14) außerdem dazu eingerichtet ist, einen eine momentane Überschusskraftstoffmenge, die dem Motor während eines gegebenen Motorbetriebszustandes zugeführt wird, angebenden Wert zu akkumulieren, um ein zweites akkumuliertes Maß zu erzeugen und den gegebenen Motorbetriebszustand zu beenden, wenn das zweite akkumulierte Maß den Gesamtüberschusskraftstoffmengenwert übersteigt.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (14) außerdem dazu eingerichtet ist, nach Beendigung des gegebenen Motorbetriebszustandes das Ausgangssignal des Fühlers (40) mit einem Minimalkonzentrations-Referenzwert für den gewählten Bestandteil im Abgas zu vergleichen und einen Adaptionswert zur Veränderung des nur zum Freisetzen von Sauerstoff aus der Vorrichtung berechneten Überschusskraftstoffmengenwerts als Funktion eines Fehlers zwischen dem Ausgangssignal des Fühlers (40) und des Minimumkonzentrationsreferenzwerts zu erzeugen.
14. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (14) außerdem dazu eingerichtet ist, während des Magerbetriebszustandes basierend auf dem ersten und zweiten Wert einen Effizienzwert für die Vorrichtung (34) zu berechnen und einen Entschwefelungsmotorbetriebszustand zur Entschwefelung der Vorrichtung (34) zu wählen, wenn der Effizienzwert unter einen Minimumeffizienzwert fällt und wenn das erste akkumulierte Maß einen Minimalkonzentrations- Referenzwert für den gewählten Bestandteil in der Vorrichtung (34) nicht übersteigt.
15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler außerdem dazu eingerichtet ist, einen Zerfall der Vorrichtung (34) anzugeben, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Entschwefelungsmotorbetriebszuständen zur Entschwefelung der Vorrichtung (34) ohne jede Erhöhung des Maximalwerts für den ersten akkumulierten Messwert durchgeführt worden sind.
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