DE10226187B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Quantifizierung von in einer Emissionsbegrenzungseinrichtung gespeichertem Sauerstoff - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Quantifizierung von in einer Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) eines Kraftfahrzeugs gespeichertem Sauerstoff, wobei der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) Abgas einer Brennkraftmaschine (12) zugeführt und die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) während eines ersten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (12) mit einer Gaskomponente des Abgases befüllt wird, die während eines zweiten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (12) ausgespült wird, wobei die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) einen optimalen Kapazitätslevel für die Speicherung der Gaskomponente aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten:
periodisches Generieren erster und zweiter, für eine rückkopplungslose Regelung vorgesehener Füllzeiten, wobei die erste Füllzeit und zweite Füllzeit unterschiedliche Zeitdauern aufweisen und so bemessen sind, dass die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) suboptimal bis zu einem ersten Kapazitätslevel bzw. bis zu einem zweiten Kapazitätslevel befüllt wird;
während einer vorherbestimmten Anzahl aufeinander folgender Füllungs- und Spülzyklen erfolgendes Befüllen und Spülen der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) basierend auf den generierten ersten und zweiten Füllzeiten,
Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) durchströmenden Abgas für jeden suboptimalen Füllvorgang;...

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Quantifizierung von in einer Emissionsbegrenzungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs gespeichertem Sauerstoff sowie die entsprechende Vorrichtung.
  • Bei Betrieb einer Brennkraftmaschine bzw. eines Motors eines Kraftfahrzeuges werden Motorabgase erzeugt, die eine Vielzahl von Gasbestandteilen einschließlich Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffen (HC) und Stickoxiden (NOx) enthalten. Die Rate, mit der der Motor diese Gasbestandteile erzeugt, hängt von mehreren Faktoren wie der Motordrehzahl und -last, der Motortemperatur, der Zündungssteuerung und der Abgasrückführung (EGR) ab. Ferner erzeugen derartige Motoren häufig erhöhte Mengen eines oder mehrerer Gasbestandteile wie NOx, wenn der Motor in einem Magerverbrennungszyklus betrieben wird, d.h., wenn der Motorbetrieb Zustände umfasst, die durch ein Verhältnis von Ansaugluft zu injiziertem Kraftstoff charakterisiert sind, das größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist, um z.B. eine bessere Kraftstoffausnutzung zu erzielen.
  • Um diese Emissionen am Fahrzeugabgasrohr zu kontrollieren bzw. zu begrenzen, sind nach dem Stand der Technik Behandlungssysteme für Fahrzeugabgase bekannt, bei denen ein oder mehrere Dreiwegekatalysatoren, die auch als Emissionsbegrenzungseinrichtungen bezeichnet werden, im Abgasweg eingesetzt werden, um ausgewählte Gasbestandteile, wie Sauerstoff und NOx, in Abhängigkeit von den Motorbetriebszuständen zu speichern bzw. einzulagern und freizusetzen.
  • Beispielsweise ist aus der US 5 437 153 A eine Emissionsbegrenzungseinrichtung bekannt, bei der das NOx des Abgases gespeichert wird, wenn das Abgas mager ist, und bei der das zuvor gespeicherte NOx freigesetzt wird, wenn das Abgas entweder stöchiometrisch oder "fett" gegenüber der Stöchiometrie ist, d.h., wenn das Verhältnis von Einlassluft zu injiziertem Kraftstoff bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis oder unterhalb des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses liegt.
  • Bei derartigen Systemen wird vielfach eine Vorwärtssteuerung bzw. rückkopplungslose Steuerung (open-loop control) der Speicherungs- und Freisetzungszeiten der Einrichtung (auch als "Füll-" bzw. "Reinigungs-" oder "Spül-"Zeiten der Einrichtung bekannt) eingesetzt, um die Vorteile einer erhöhten Kraftstoffeffizienz, die durch einen mageren Motorbetrieb erreicht wird, zu maximieren, ohne gleichzeitig die Emissionen am Abgasrohr zu erhöhen, wenn die Einrichtung "gefüllt" ist. Die Zeitsteuerung der Reinigungsvorgänge muss so kontrolliert werden, dass die Einrichtung ihre NOx-Speicherkapazität nicht überschreitet, da in diesem Falle NOx-Gas die Einrichtung passieren und einen Anstieg der NOx-Emissionen am Abgasrohr hervorrufen würde. Die Häufigkeit der Reinigung wird vorzugsweise derart kontrolliert, dass die Reinigung einer nur teilweise gefüllten Einrichtung wegen der Kraftstoffnachteile, die mit dem angereicherten Luft/Kraftstoffgemisch eines Reinigungsvorganges verbunden sind, vermieden wird.
  • Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, dass die Speicherkapazität einer gegebenen Emissionsbegrenzungseinrichtung hinsichtlich Sauerstoff und anderer Abgasbestandteile ihrerseits eine Funktion vieler Variabler einschließlich der Einrichtungstemperatur, der Einrichtungshistorie, des Sulfatierungsniveaus (sulfation level) und des Vorhandenseins etwaiger thermischer Schäden an der Einrichtung ist. Weiterhin ist in Bezug auf die Annäherung einer Einrichtung an ihre maximale Kapazität bekannt, dass die inkrementale Rate, mit welcher die Einrichtung die Speicherung einer ausgewählten Abgaskomponente fortsetzt, abnehmen kann. Dementsprechend wird gemäß der US 54 37 153 die Verwendung einer nominalen NOx-Speicherkapazität für die dort offenbarte Einrichtung vorgeschlagen, welche erheblich kleiner ist als die tatsächliche NOx-Speicherkapazität der Einrichtung, um auf diese Weise eine perfekte instantane NOx-Absorptionseffizienz der Einrichtung zu gewährleisten. D.h., dass die Einrichtung das gesamte vom Motor erzeugte NOx speichern kann, solange das gesamte gespeicherte NOx unterhalb dieser nominalen Kapazität bleibt. Zur Regeneration der Einrichtung wird ein Reinigungsvorgang angesetzt, wann immer akkumulierte Abschätzungen des vom Motor erzeugten NOx die nominale Kapazität der Einrichtung erreichen. Nachteilig hierbei ist, dass der Einsatz einer derartigen fest vorgegebenen Einrichtungskapazität jedoch notwendigerweise eine größere Einrichtung erfordert, da dieser Lösungsvorschlag auf einer teilweisen, beispielsweise 50%igen NOx-Füllung beruht, um ein Zurückhalten des gesamten vom Motor erzeugten NOx sicherzustellen.
  • In DE 198 00 665 C1 wird ein Verfahren zum Betreiben eines Stickoxid-Speicherkatalysators beschrieben. Die Steuerung der Speicher- und Spülzyklen basiert auf Messdaten für einen frischen Katalysator, die in Form von Kennlinien in der Motorelektronik gespeichert sind. Die Alterung des Katalysators wird berücksichtigt, indem die Zeiten für die Füllzyklen des Katalysators angepasst werden. Dies geschieht mit Hilfe der Messung des Sauerstoffgehaltes des Abgases mit einer stromab vom Katalysator angeordneten Lambda-Sonde.
  • In DE 199 36 200 A1 wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben. Ziel ist es, das Be- und Entladen eines im Abgasstrang angeordneten Stickoxid-Speicherkatalysators korrekt zu steuern. Die Steuerung der Schaltzeitpunkte stützt sich dabei auf das Signal einer nach dem Katalysator angeordneten Lambda-Sonde. Diese Sonde registriert die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators zu Beginn der Beladungsphase. Auf dieser Basis erfolgt eine Adaption der ursprünglich modellbasierten Entladezeit.
  • In DE 198 01 625 A1 wird ein Verfahren zur Diagnose eines NOx-Speicherkatalysators beschrieben. Das Verfahren stützt sich dabei auf die Messwerte einer stromab vom Katalysator angeordneten Lambda-Sonde. Die Dauer der Spülzeit des Katalysators wird systematisch verändert. Aus dem Signal der Lambda-Sonde kann dann eine Spülzeit bestimmt werden, welche ein Maß für die Speicherfähigkeit des Katalysators darstellt.
  • In WO 93/09335 A1 wird ein Verfahren zur Überwachung des Wirkungsgrades eines Katalysators beschrieben. Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, dass die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators ein Maß für den Wirkungsgrad darstellt. Zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit wird das Signal einer stromab vom Katalysator angeordneten Lambda-Sonde genutzt. Es werden in regelmäßigen Abständen Testphasen für den Katalysator eingeleitet, in denen abwechselnd ein fettes und ein mageres Luft-Brennstoffverhältnis eingestellt wird. Hierbei wird sowohl die Periode als auch die Amplitude des Luft-Brennstoffverhältnisses variiert.
  • In den genannten Druckschriften werden Verfahren zur Quantifizierung des in einer Emissionsbegrenzungseinrichtung (Katalysator) eingelagerten Sauerstoffs beschrieben. Hierbei werden periodische Variationen der Füllzeiten vorgeschlagen und das Signal einer stromab vom Katalysator angeordneten Lambda-Sonde ausgewertet. Die iterative Bestimmung der Spülzeit (Adaption) wird beschrieben und es wird ebenfalls offenbart, dass die Veränderung der Spülzeit ein Maß für die Sauerstoffspeicherfähigkeit darstellt.
    •
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung der Eingangs genannten Art bereitzustellen, welches bzw. welche der in einer Emissionsbegrenzungseinrichtung eines Fahrzeugs gespeicherten Sauerstoffmenge entspricht, um eine Optimierung einer rückkopplungslosen Steuerung des Füllvorganges der Einrichtung mit einem bestimmten Abgasbestandteil während eines Magerbetriebszustandes zu erreichen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 6 vorgesehen. Zweckmäßige Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen beschrieben.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Quantifizierung des in einer Emissionsbegrenzungseinrichtung, die zur Emissionsverminderung eines bestimmten Abgasbestandteils ausgebildet ist, gespeicherten Sauerstoffs vorgeschlagen, bei welchem bzw. bei welcher periodisch erste und zweite rückkopplungslose Füllzeiten generiert werden, während derer die Einrichtung jeweils mit dem ausgewählten Abgasbestandteil bis zu jeweils suboptimalen Kapazitätsniveaus gefüllt wird, und bei welchem bzw. bei welcher weiterhin die Einrichtung mit einer vorbestimmten Anzahl von aufeinander folgenden Füll- und Spülzyklen basierend auf der ersten und der zweiten Füllzeit gefüllt und gespült wird. Dabei wird bei jedem suboptimalen Füllvorgang ein Ausgangssignal eines Sauerstoffkonzentrationssensors gemessen, der in dem durch die Einrichtung strömenden Abgasstrom positioniert ist. Basierend auf dem Ausgangssignal wird – bezogen auf die erste und die zweite Füllzeit – jeweils eine erste und eine zweite tatsächliche Spülzeit bestimmt. Schließlich wird ein der in der Einrichtung gespeicherten Sauerstoffmenge entsprechender Wert als Funktion der ersten und der zweiten Füllzeit sowie der ersten und der zweiten tatsächlichen Spülzeit generiert.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung geschaffen, welches bzw. welche eine periodische Bestimmung der in der Einrichtung gespeicherten Sauerstoffmenge erlaubt, welche in Verbindung mit einem Wert für die Gesamtkapazität der Einrichtung dazu verwendet werden kann, die tatsächliche Kapazität der Einrichtung für die Speicherung des ausgewählten Abgasbestandteils, z.B. NOx, zu bestimmen. Dadurch können in vorteilhafter Weise die Abgasemissionen minimiert werden, wobei gleichzeitig der mit der Spülung der Einrichtung verbundene Kraftstoffverbrauch minimiert werden kann.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht eines Abgassystems mit Magerverbrennung in einem Vierzylindermotor gemäß der Erfindung;
  • 2 eine typische Antwort eines Sauerstoffsensors in Form einer Spannung gegenüber dem Luft/Kraftstoffverhältnis;
  • 3 eine Darstellung einer beispielhaften Lookup-Tabelle zur Speicherung der anfänglichen und der gelernten Werte gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung;
  • 4(a)–(d) Diagramme zugehöriger Antworten des Motor-Luft/Kraftstoffverhältnisses, der Sauerstoffsen sorantwort, des CO am Abgasrohr während eines kurzen, mittleren und langen Reinigungszeitzyklus, und das zugehörige Datenerfassungsfenster;
  • 5 eine vergrößerte Ansicht der Antwort eines Abgasrohr-Sauerstoffsensors bei den drei Längen der in 4(c) gezeigten Reinigungszeit;
  • 6 ein Diagramm einer normierten Sauerstoffsensor-Sättigungszeit tsat als Funktion der Reinigungszeit tP;
  • 7 ein Diagramm einer normierten Sättigungszeit tsat gegenüber der Spitzenspannung VP des Sauerstoffsensors, wenn die Spitzenspannung VP niedriger als eine Referenzspannung Vref ist;
  • 8 ein Diagramm einer Reinigungszeit tP gegenüber der Einrichtungsfüllzeit tF, enthaltend Sättigungspunkte und suboptimale Punkte A und B;
  • 9 ein Flussdiagramm, das die gesamte Systemoptimierung für die Reinigungszeit tP und Füllzeit tF gemäß der Erfindung zeigt;
  • 10 ein Flussdiagramm, das eine Optimierungsroutine gemäß der Erfindung für eine Sättigungs-Reinigungszeit zeigt;
  • 11 ein Flussdiagramm, das eine erfindungsgemäße Bestimmungsroutine für eine Punkt-B-Reinigungszeit zeigt;
  • 12 ein Flussdiagramm, das eine erfindungsgemäße Bestimmungsroutine für eine Punkt-A-Reinigungszeit zeigt;
  • 13 ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Bestimmung eines Reinigungszeitwertes zeigt, der für den in der Einrichtung gespeicherten Sauerstoff repräsentativ ist;
  • 14 ein Flussdiagramm, das eine Routine zur Bestimmung eines Reinigungszeitwertes zeigt, der für das in der Einrichtung gespeicherte NOx repräsentativ ist, und
  • 15 ein Flussdiagramm, das eine normale erfindungsgemäße Optimierungsroutine für eine normale Reinigungszeit zeigt.
  • Das in 1 dargestellte Abgassystem 10 eines Magerverbrennungsmotors gemäß der Erfindung enthält eine Brennkraftmaschine bzw. einen Motor 12 mit einem daran gekoppelten herkömmlichen Abgaskrümmer 14, eine erste, stromaufwärtige katalytische Emissionsbegrenzungseinrichtung 16, die Abgas aus dem Abgaskrümmer 14 empfängt, und eine zweite, stromabwärtige katalytische Emissionsbegrenzungseinrichtung 18, die über ein Abgasrohr 20 an die stromaufwärtige Einrichtung 16 gekoppelt ist. Mindestens ein Kraftstoffinjektor 22 führt dem Motor 12 während dessen Betriebs Kraftstoff zu. Es sind vier solcher Injektoren 22 dargestellt, jedoch ist die Erfindung nicht hierauf beschränkt. Ein Kraftstoffinjektionsregler in Form eines Kraftantrieb-Regelungsmoduls (PCM: powertrain control module) 24 regelt den Betrieb des/der Kraftstoffinjektors(en) 22 gemäß einer herkömmlichen Kraftstoffkontrollalgorithmus-Strategie, wie etwa eines Proportional-Integrals (PI) mit Sprung und Rampe, eines Proportional-Integral-Differentials (PID) od. dgl.. Das PCM 24 weist einen Zentralprozessor (CPU) 26 mit zugehörigem RAM 28 und ROM 30 Speicher auf.
  • Ein erster Sauerstoffsensor 32 ist an den Abgaskrümmer 14 und das PCM 24 zur Kontrolle des Luft/Kraftstoffverhältnisses des Motorabgases während eines normalen Betriebs des Motors 12 gekoppelt. Wie weiter unten detailliert erläutert wird, wird eine rückgekoppelte Luft/Kraftstoffverhältnis-Regelung durch Verbindung des PCM 24 mit einem zweiten Sauerstoffsensor 34, der zur Kontrolle des Luft/Kraftstoffverhältnisses an die stromabwärtige Einrichtung 18 gekoppelt ist, und durch Adaptation verschiedener Parameter der Reinigungseinrichtung während des Motorbetriebs bereitgestellt. Der zweite Sauerstoffsensor 34 ist vorzugsweise im Abgas-Auslassabschnitt der stromabwärtigen Einrichtung 18 angeordnet, um eine genaue Messung des die Einrichtung 18 verlassenden Luft/Kraftstoff-Verhältnisses zu liefern. Ein vorzugsweise an einem inneren Punkt der stromabwärtigen Einrichtung 18 angeordneter Temperatursensor 40 erzeugt ein Ausgangssignal, das die momentane Temperatur T der Einrichtung 18 repräsentiert. Der erste und der zweite Sauerstoffsensor 32 bzw. 34 können als "schaltende" geheizte Abgas-Sauerstoffsensoren (HEGO) ausgebildet sein; die Erfindung umfasst jedoch auch die Verwendung anderer geeigneter Sensoren 32, 34 zur Erzeugung eines Signals, das die Sauerstoffkonzentration im Abgaskrümmer 14 bzw. beim Verlassen der stromabwärtigen Einrichtung 18 repräsentiert, einschließlich, ohne hierauf begrenzt zu sein, Sensoren vom Typ Abgas-Sauerstoffsensor (EGO) und lineare Sensoren wie universelle Abgas-Sauerstoffsensoren (UEGO). Eine typische Antwort in Form der Spannung gegenüber dem Luft/Kraftstoffverhältnis für einen HEGO-Sensor ist in 2 gezeigt.
  • Im Rahmen der Erfindung kann auch ein alternatives Abgassystem eines Magerverbrennungsmotors verwendet werden, so etwa ein Abgassystem mit einer verzweigten Abgaskonstruktion mit zwei separaten Abgaskrümmern, die entsprechend mit zugehörigen Dreiwegekatalysatoren gekoppelt sind. Für einen Betrieb mit nicht magerer Verbrennung würden individuelle Abgaskrümmer-Sauerstoffsensoren bereitgestellt. Sowohl bei der Bauart der einheitlichen als auch der gespaltenen Abgaskonstruktion wird Luft über einen Einlasskrümmer 36 unter der Kontrolle einer Drossel 38 eingeführt.
  • Während eines Magerbetriebs des Motors 12 strömt wenigstens ein Gasbestandteil des vom Motor 12 erzeugten Abgases, wie z.B. NOx, durch die stromaufwärtige Einrichtung 16 und wird in der stromabwärtigen Einrichtung 18 gespeichert. Dieser Teil des Betriebs wird als die "Füllzeit tF" der stromabwärtigen Einrichtung 18 bezeichnet. Wie weiter unten detaillierter beschrieben wird, wird die Einrichtungsfüllzeit tF anfänglich in einem offenen Regelkreis unter Verwendung vorgegebener nominaler Werte für die Einrichtungs-Reinigungszeit tP und die Einrichtungsfüllzeit tF kontrolliert, die im ROM 30 gespeichert sind. Diese vorgegebenen nominalen Werte werden nachfolgend adaptiert, um den Füll- und Reinigungsbetrieb der Einrichtung während der Lebensdauer des Fahrzeugs an wechselnde Zustände der Einrichtung anzupassen.
  • Der Sauerstoffsensor 32 wird zur Kontrolle des Motor-Luft/-Kraftstoffes insbesondere während eines stöchiometrischen Betriebs verwendet. Der Sauerstoffsensor 34 wird zur Diagnose der stromabwärtigen Einrichtung 18 verwendet sowie zur Bestimmung von tatsächlichen In-Betrieb-Werten von tP für NOx (tPNOx*), tP für die Sauerstoffmasse (tPOSC*), und von tF*. Die Bestimmung dieser In-Betrieb oder "gelernten" Werte erlaubt eine rückgekoppelte Adaptation der vorbestimmten nominalen Werte gemäß der Erfindung. Diese erlernten adaptiven Werte werden außerdem mit entsprechenden Schwellwerten verglichen, um der CPU 26 zu erlauben, das Ausmaß der Einrichtungsverschlechterung zu erfassen. Wenn die Verschlechterung hin reichend gravierend ist, wird ein Einrichtungs-Regenerationszyklus angesetzt, der beispielsweise einen Desulfatierungsvorgang der Einrichtung durchführt, oder es wird eine Warnung aktiviert, um anzuzeigen, dass die stromabwärtige Einrichtung 18 eine Wartung oder einen Austausch benötigt.
  • 9 zeigt ein Flussdiagramm mit einer Darstellung eines beispielhaften Kontrollverfahrens der Einrichtung gemäß der Erfindung. Wie in Block 100 vermerkt ist, erfolgt die normale Kontrolle im offenen Regelkreis sowohl für die Füll- als auch die Reinigungszyklen unter Verwendung der anfänglichen und/oder der erlernten Werte für die Füll- und Reinigungszeit. Der nominale Wert für die Reinigungszeit tP(i, j) wird auf einen festen Prozentsatz des nominalen Einrichtungssättigungswertes tPsat gesetzt, z.B. auf 80%.
  • Gemäß Block 102 werden die Werte für tP periodisch entsprechend der in 15 gezeigten und weiter unten ausführlicher beschriebenen Optimierungsroutine optimiert. Dieser Optimierungsprozess erlaubt es, dass auch die Werte von tF adaptiert werden. Ein laufender Zähler wird in Block 104 erhöht, nachdem jeder Einrichtungsvorgang ausgeführt wurde, um einen Mechanismus zur Überwachung der Zeitdauer bereitzustellen, für die der Motor 12 in Betrieb war. Ein Einrichtungsvorgang kann jeder individuelle Füll- oder Reinigungszyklus sein oder ein Paar korrespondierender Füll- und Reinigungszyklen.
  • Bei Block 106 bestimmt der Regelungsprozessor, ob eine vorgegebene Anzahl von Vorgängen aufgetreten ist. Die vorgegebene Anzahl wird auf einen großen Wert gesetzt, so dass die Optimierungsroutine von 15 viele Male bei im Wesentlichen stationären Bedingungen ausgeführt wird, bevor eine JA-Entscheidung in Block 106 erzeugt wird. Die vorgegebene Anzahl kann z.B. zwischen 1000 und 10000 Vorgängen liegen.
  • Falls die vorgegebene Anzahl von Vorgängen aufgetreten ist, wird gemäß Block 108 eine Optimierungsroutine der Sättigungs-Reinigungszeit durchgeführt. Diese Routine ist in 10 dargestellt und erzeugt – wie weiter unten detaillierter beschrieben – einen neuen Wert für tPsat*. Nachdem der neue tPsat* Wert gespeichert wurde, wird bei Block 110 eine erste Bestimmungsroutine der suboptimalen Reinigungszeit tPB ausgeführt. Diese Routine ist in 11 dargestellt und erzeugt, wie ebenfalls weiter unten beschrieben wird, einen neuen Wert für tPB*. Nachdem der neue tPB* Wert gespeichert wurde, wird bei Block 112 eine zweite Bestimmungsroutine für die suboptimale Reinigungszeit ausgeführt. Diese Routine ist ähnlich derjenigen für die erste suboptimale Reinigungszeit und wird unter Bezugnahme auf 12 beschrieben. Die Routine erzeugt in ähnlicher Weise einen neuen Wert der Reinigungszeit tPA*.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass die Reihenfolge der Ausführung der Blöcke 108–112 erfindungsgemäß nicht zwingend ist, und dass die dargestellte Reihenfolge nur der Illustration dient. Eine Ausführung aller drei Routinen innerhalb einer kleinen Anzahl von Vorgängen verbessert jedoch die Zuverlässigkeit der Ergebnisse.
  • Nachdem der neue Wert für tPA* gespeichert wurde, wird bei Block 114 ein neuer Wert für tPOSC* bestimmt, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 13 beschrieben wird. Dann wird, wie in Block 116 vermerkt, ein neuer Wert für tPNOx* bestimmt als Funktion von tPsat* und tPOSC*. Dieser Betrieb wird weiter unten unter Bezugnahme auf 14 beschrieben. Alle diese Werte stellen gelernte Werte dar, durch welche das Verhalten der Einrichtung gegenüber variierenden physikalischen Bedingungen während der Lebensdauer der Einrichtung optimiert wird.
  • Eine detailliertere Erklärung der Erfindung erfolgt nun unter Bezugnahme auf die 3 bis 8 und 10 bis 15. Gemäß der Erfindung werden die Motorbetriebsbedingungen in einer Matrix von Zellen als eine Funktion der Motorlast (i) und Motordrehzahl (j) klassifiziert. Nominale Werte für die Einrichtungsfüllzeit tF(i, j) werden Zelle für Zelle bereitgestellt. Speziell wird eine anfängliche NOx-Kapazität der Einrichtung 18 NOxcap(i, j) für eine Zelle aus einer Lookup-Tabelle solcher Werte vorherbestimmt, wie in 3 dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass alle Werte, ob anfängliche/nominale Werte oder gelernte adaptive Werte, vorzugsweise in einer ähnlichen i/j Lookup-Tabelle wie in 3 gezeigt gespeichert werden. Auf diese Weise wird die NOx-Erzeugungsrate NOxgen(i, j) für eine Zelle aus einer entsprechenden Lookup-Tabelle bestimmt. Der nominale Wert für die Einrichtungsfüllzeit einer Zelle wird dann wie folgt bestimmt:
    Figure 00130001
  • Diese nominalen Werte für tF(i, j) werden ebenfalls in einer entsprechenden Lookup-Tabelle gespeichert.
  • Wie vorstehend festgestellt wurde, werden die nominalen Zellwerte für die Füllzeit adaptiert, um eine Anpassung an Änderungen in den Betriebsbedingungen der Einrichtung während des Motorbetriebs vorzunehmen. Adaptationsfaktoren K(i, j) werden während der rückgekoppelten Regelung der Reinigungs- und Füllzeiten, wie weiter unten unter Bezugnahme auf 15 beschrieben, erlernt. Diese Adaptationsfaktoren werden in einer korrespondierenden Lookup-Tabelle gespeichert und verwendet, um nominale Werte sowohl für die Füllzeit tF als auch die Reinigungszeit tP anzupassen.
  • Solche Adaptationsfaktoren werden jedoch nur selektiv aufgefrischt oder als Korrekturmaße angewendet, falls ein gewisses Niveau der Zuverlässigkeit erreicht worden ist. Speziell wird, wenn das PCM 24 feststellt, dass der Betrieb des Motors 12 vor einem Reinigungsvorgang auf eine einzelne Zelle (i, j) oder einen kleinen Cluster benachbarter Zellen begrenzt war, die Zuverlässigkeit des Adaptationsprozesses erfüllt. Sobald die Zuverlässigkeit erfüllt ist, kann eine tatsächliche Füllzeit tF*(i, j) aus einer rückgekoppelten Reinigungs- und Füllkontrolle bestimmt und mit dem nominalen Füllzeitwert tF(i, j) verglichen werden. Wenn tF*(i, j) < tF(i, j) – ε ist, wobei ε eine vorgegebene Toleranz ist, hat sich die NOx-Kapazität NOxcap(i, j) der Zelle (i, j) verschlechtert. Eine adaptive Kompensation wird bereitgestellt durch die Auswahl:
    Figure 00140001
    wobei p eine Verstärkungskonstante zwischen 0 und 1 ist und die Zellwerte für K(i, j) anfänglich auf 1.0 gesetzt werden. Während jede Zelle kompensiert wird, wird die gespeicherte Abbildung jedes Adaptationsfaktors aufgefrischt, wenn der Motor nachfolgend in der entsprechenden Zelle betrieben wird. Wenn andernfalls der Betrieb nicht auf eine einzelne Zelle oder einen Cluster benachbarter Zellen begrenzt war, wurde die Zuverlässigkeit nicht erfüllt, und das PCM 24 betrachtet keinen entsprechend erzeugten adaptiven Wert als zuverlässig. In dieser Situation fährt das PCM 24 mit der Verwendung der nominalen Werte fort oder wendet nur die zuletzt zuverlässig erzeugten Adaptationsfaktoren an.
  • Während normaler Einrichtungs-Kontrollzyklen kann die tatsächliche Füllzeit tF*(i, j) während eines transienten Betriebs, d.h. eines Betriebs des Motors 12 über verschiedene Zellen hinweg während eines einzigen Zyklus, bestimmt werden durch Verwendung der bekannten Adaptationsfaktoren K(i, j) und entsprechender nominaler Werte für die Füllzeit tF für jede Zelle, in welcher ein Betrieb auftrat. Speziell ist die NOx-Kapazität, die nach einem Betrieb in einer speziellen Zelle für eine Zeitdauer t(i, j) verbleibt, gegeben durch: NOxcap_avail = K(i, j)NOxcap(i, j) – NOxgen(i, j) × t(i, j)
  • Da sich der Motorbetriebspunkt während des transienten Betriebs des Motors 12 von Zelle zu Zelle bewegt, ist die nach der Bewegung durch mehrere Zellen verbleibende NOx-Kapazität gegeben durch: NOxcap = Σn,mi=1,j=1 (K(i, j)NOxcap(i, j) – NOxgen(i, j) × t(i, j))
  • Wenn NOxcap_avail = q ist, wobei q die gewünschte NOx-Reservekapazität repräsentiert, wird ein Reinigungsvorgang angesetzt.
  • Die gesamte Reinigungszeit tP(i, j) in einer gegebenen Zelle ist gegeben durch: tP(i, j) = tPNOx(i, j) × K + t*POSC (i, j),wobei tPNOx entweder die Kraftstoffmasse oder die Zeitdauer ist, die zur Entfernung des gespeicherten NOx benötigt wird, und wobei tPOSC* entweder die tatsächliche Kraftstoffmasse oder die Zeitdauer ist, die zur Entfernung des in der Einrichtung gespeicherten Sauerstoffs benötigt wird. Nachfolgend wird erläutert, wie diese beiden Komponenten der gesamten Reinigungszeit bestimmt werden. Nominale Werte für tPNOx werden in einer entsprechenden Lookup-Tabelle gespeichert.
  • Die Masse an Sauerstoff, die während eines Füllvorganges gespeichert wird, ist durch OSC gegeben. In vielen bekannten katalytischen Emissionsbegrenzungseinrichtungen wird Sauerstoff typischerweise als Ceriumoxid als Funktion der Motordrehzahl und -last gespeichert. Sauerstoff kann auch als Edelmetalloxid gespeichert werden. Die Reinigungszeit tPOSC(i, j) (sec) für gespeicherten Sauerstoff für eine gegebene Zelle (i, j) wird, wie weiter unten unter Bezugnahme 13 beschrieben, bestimmt. Nominale Werte für die gesamte Reinigungszeit tP und die Reinigungszeit tPOSC für gespeicherten Sauerstoff werden aus einer Lookup-Tabelle abgeleitet.
  • Es folgt eine Beschreibung der Optimierungsroutinen gemäß der Erfindung für die Reinigungs- und Füllzeit während der Benutzung unter Bezugnahme auf die 4 bis 8 und 10 bis 15. Zum besseren Verständnis der Erfindung sind in den 4(a)–(c) Systemantworten gezeigt, die während drei verschiedener Längen der Reinigungszeit der Einrichtung 18 auftreten. Speziell zeigt 4(a) die Beziehung einer mageren Füllzeit tF und einer fetten Reinigungszeit tP für drei verschiedene Reinigungszeiten kurzer (1), mittlerer (2) und langer (3) Dauer. Die entsprechende Antwort des Sauerstoffsensors 34 ist in 4(b) für dieselben drei Reinigungszeiten gezeigt. Wie ersichtlich, erzeugt eine kleine Reinigungszeit (1) eine sehr kleine Sauerstoffsensorantwort als Ergebnis davon, dass die Einrichtung nicht vollständig von NOx gereinigt ist und weiterhin eine beachtliche Menge an restlichem NOx darin gespeichert ist. Während einer kurzen Reinigungszeit erreicht die Sensor-Spitzenspannung nicht den Wert einer Referenzspannung Vref. Bei einer mittleren oder optimalen Reinigungszeit (2) gleicht die Sauerstoffsensorantwort der Referenzspannung Vref, was anzeigt, dass die Einrichtung 18 angemessen gereinigt wurde. Während einer langen Reinigungszeit (3) überschreitet die Sauerstoffsensor-Spitzenspannung VP die Referenzspannung Vref, was anzeigt, dass die Einrichtung 18 übermäßig gereinigt wurde, wodurch, wie in 4(c) gezeigt, in unerwünschter Weise überschüssiges CO am Auslass erzeugt wird. Bezugnehmend auf die 4(c) und 5 wird ein Datenerfassungsfenster (in 4(d) gezeigt) zur Erfassung der Ausgangsspannung des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 34 relativ zum Reinigungsvorgang so zeitgesteuert, dass für eine kurze Reinigungszeit (1) sehr wenig CO die Einrichtung 18 passiert und in das Endrohr strömt und somit eine kleine Ausgangsantwort erzeugt wird. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß das Spannungsspitzenniveau und seine Dauer oberhalb einer Schwellspannung des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 34 als Indikator für die noch in der stromabwärtigen Einrichtung 18 gespeicherte NOx-Menge verwendet. 5 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Antwort des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 34 auf die drei Längen der Reinigungszeit gemäß 4(c). 5 illustriert eine Sättigungszeit Δt21 für die Situation, dass V > Vref.
  • 6 zeigt eine extrapolierte Beziehung zwischen einer normierten Sauerstoffsensor-Sättigungszeit tsat und der Reinigungszeit tP. Das Diagramm zeigt drei Regionen für eine gegebene Füllzeit tF und einen Betriebszustand der stromabwärtigen Einrichtung 18, wobei die erste Region definiert wird durch V = 0 (keine Antwort vom HEGO-Sensor 34), die zweite Region definiert wird durch V < Vref (magere Antwort vom HEGO-Sensor 34) und die dritte Region definiert wird durch V ≥ Vref (fette Antwort vom HEGO-Sensor 34). Die Reinigungszeit tPref resultiert in einer Sättigungszeit tsatref, welche die minimale normierte Zeitauflösung für das System ist (normiert durch tPsat_desired). Eine Reinigungszeit tPmin oder weniger resultiert in einem Nullwert für die Sättigungszeit tsat. Eine Reinigungszeit von tPsat_desired resultiert in einer Sättigungszeit tsat = 1.
  • Situationen, in denen tsat > 1 ist, sind daher eine Anzeige dafür, dass die Reinigungszeit tP verringert werden sollte, während Situationen, in denen tsat < 1 ist, anzeigen, dass die Reinigungszeit tP erhöht werden sollte. Dies bildet die Basis, aufgrund welcher erfindungsgemäß ein rückgekoppelter Prozess zur Optimierung oder Korrektur von Reinigungszeiten für eine gegebene Füllzeit bereitgestellt wird. Für tsat > tsatref beinhaltet ein Größensystem für tsat die direkte Messung der Zeit durch das PCM 24, für die die Sauerstoffsensor-Spannung den Wert Vref überschreitet. Für tsat < tsatref verwendet das PCM 24 die in 7 gezeigte Beziehung, um eine glatte Fortsetzung des Größensystems von 5 durch eine lineare Extrapolation der Sättigungszeit von tsat = tsatref zu tsat = 0 bereitzustellen, was tsat proportional zur Sensorspitzenspannung VP macht.
  • 8 zeigt die nominale Beziehung zwischen der Reinigungszeit tP und der Füllzeit tF für eine gegebene Betriebsbedingung des Motors 12 und einen gegebenen Zustand der stromabwärtigen Einrichtung 18. Diese Beziehung gilt für eine näherungsweise konstante Sättigung tsat. Die Reinigungszeit tP steigt monoton mit der Füllzeit tF an, erreicht jedoch eine Sättigung, wenn die Kapazität der Einrichtung 18 erreicht oder überschritten wird. Eine Reinigungszeit tP, welche gleichzeitig die Speicherung von NOx in der Einrichtung 18 maximiert, CO Endrohr-Emissionen während der Reinigung minimiert und die Füllzeit tF optimiert, wird als optimierte Reinigungszeit tPT bezeichnet. Die optimierte Reinigungszeit tPT entspricht einer optimierten Füllzeit tFT. Die normale Reinigungszeitoptimierung wird periodisch entsprechend der Routine von 15 ausgeführt und erzeugt, wie weiter unten beschrieben, die erlernten adaptiven Werte K(i, j) für jede Zelle. Diese adaptiven Werte werden nachfolgend während der normalen Füllung im offenen Regelkreis und der wie oben beschriebenen Reinigungsregelung verwendet.
  • Bezugnehmend auf 15 wird die Optimierungs-Subroutine für die Reinigungszeit tP, die in Block 102 von 9 aus geführt wird, nunmehr detailliert beschrieben. Wie bereits dargelegt, optimiert diese Subroutine den im Luft/Kraftstoffverhältnis fetten Reinigungsimpuls für einen gegebenen Wert der Füllzeit tF. Wie in Block 700 gezeigt wird, werden zuerst Anfangswerte für die Füllzeit tF und die Reinigungszeit tP aus entsprechenden Lookup-Tabellen entnommen. Diese Werte sind entweder nominale Werte oder zuvor gelernte Werte tF* und tP* in Abhängigkeit von der aktuellen Betriebszelle oder dem Zustand des Fahrzeugmotors 12. Die stromabwärtige Einrichtung 18 wird dann bei den Blöcken 702 und 704 gemäß den abgerufenen Werten gefüllt und gereinigt.
  • Bei Block 706 bestimmt das PCM, ob stationäre Drehzahl-/Lastbedingungen während der Füll-/Reinigungsvorgänge der Blöcke 702 und 704 vorlagen. War dies nicht der Fall, so beendet die Routine die Optimierung. Falls jedoch stationäre Zustände vorlagen, tastet die Routine – wie in Block 708 gezeigt – die Ausgabe des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 34 während des Datenerfassungsfensters ab. Wie bereits erläutert, wird das Fenster relativ zum Reinigungsvorgang der Einrichtung 18 zeitgesteuert, so dass es den Wechsel im Ausgang des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 34 – wie in 4(b) gezeigt – erfasst.
  • Dann wird die Spitzenspannung VP des Sensors 34 bestimmt und bei Block 710 mit Vref verglichen. Falls die Sensorspitzenspannung VP größer als die Referenzspannung Vref ist, wird bei Block 714 die inkrementelle Zeit Δt21, die oberhalb der Referenzspannung Vref verbracht wird, gemessen, und es wird bei Block 716 eine Konversion in eine Sättigungszeit tsat proportional zu Δt21 vorgenommen. Wenn andererseits die Sensorspitzenspannung VP niedriger als die Referenzspannung Vref ist, wird die Sättigungszeit tsat bei Block 712 aus der linear extrapolierten Funktion bestimmt, wobei tsat proportional zu VP ist. Die Verwendung dieses Größensystems gewährleistet einen glatten Übergang von VP < Vref nach VP = Vref.
  • Ein Sättigungszeitfehler tsaterror für die tatsächliche Sättigungszeit tsat relativ zu einem optimalen oder gewünschten Wert tsat_desired (dem Zielwert des Größensystems, welches das System in Bezug auf minimale CO-, HC- und NOx-Emissionen optimiert, und welches vorzugsweise als Funktion von Motorbetriebsparametern wie der Motordrehzahl, der Motorlast und der Einrichtungstemperatur variieren kann) wird entsprechend Block 718 durch Subtraktion der tatsächlichen Einrichtungs-Sättigungszeit tsat von dem gewünschten Wert berechnet. Der Sättigungszeitfehler tsaterror wird dann – wie in Block 720 gezeigt – normiert und bei Block 722 als Eingang für einen Rückkopplungsregler, wie einen PID (Proportional-Differential-Integral) Algorithmus, verwendet. Der Ausgang des PID-Reglers erzeugt einen multiplikativen Korrekturfaktor PUR-GE_MUL, welcher dann als ein neuer Adaptationswert K(i, j) in der zugehörigen Lookup-Zelle gespeichert wird. Das PCM 24 verwendet – wie bei Block 724 angedeutet – den adaptiven Wert K, um die Reinigungszeit tP in nachfolgenden Vorwärtszyklen anzupassen, um optimierte "gelernte" Reinigungszeiten tP*(i, j) für gegebene Füllzeiten tF(i, j) bereitzustellen. Zusätzlich werden dieselben adaptiven Werte K verwendet, um die gespeicherten Füllzeiten tF(i, j) anzupassen, um "gelernte" Füllzeitwerte tF*(i, j) zu erzeugen, welche den adaptierten Reinigungszeitwerten entsprechen. Diese gelernten Werte werden in einer entsprechenden Lookup-Tabelle gespeichert. Anstelle einer Änderung der Reinigungszeit tP kann alternativ die Stärke der Reinigung, d.h. das Luft/Kraftstoffverhältnis der während des Reinigungsvorganges angewendeten Luft/Kraftstoff-Mischung (wie in 4 gezeigt), in einer ähnlichen Weise angepasst werden.
  • Gelernte Werte für die tatsächliche NOx-Reinigungszeit tPNOx* werden nach dem Lernen sowohl der Werte für die gesamte Reinigungszeit tP* für eine gegebene Zelle als auch der Reinigungszeit tPOSC*, die mit der in der stromabwärtigen Einrich tung 18 gespeicherten Menge an Sauerstoff in Beziehung steht, erhalten. Speziell wird zur Bestimmung von tPNOx* ein aktueller Sättigungswert tsat* gemäß der in 10 gezeigten Routine bestimmt, d.h. der dem Punkt S im "flachen" Abschnitt entsprechende Wert in der Funktionsantwort von 8 mit der Reinigungszeit tP gegenüber der Füllzeit tF. Wie bei Block 200 vermerkt ist, werden Anfangswerte für eine Füllzeit tFsat und eine Reinigungszeit tPsat aus einer Lookup-Tabelle gewonnen. Diese Anfangswerte werden ausgewählt, um eine längere als die normale Füll- und Reinigungszeit sicherzustellen. Die stromabwärtige Einrichtung 18 wird dann bei den Blöcken 202 und 204 entsprechend den gewonnenen Anfangswerten gefüllt und gereinigt.
  • Bei Block 206 bestimmt der Prozessor, ob stationäre Drehzahl-/Last-Bedingungen während der Füll-/Reinigungsvorgänge der Blöcke 202 und 204 vorlagen. War dies nicht der Fall, so kehrt die Routine einfach zur normalen Einrichtungskontrolle zurück. Falls jedoch stationäre Bedingungen vorlagen, erfasst die Routine – wie in Block 208 gezeigt – die Ausgabe des stromabwärtigen Sauerstoffsensors 34 während des Datenerfassungsfensters.
  • Die Spitzenspannung VP des Sensors 34 wird dann bei Block 210 bestimmt und mit einer Referenzspannung Vref verglichen. Falls VP > Vref, wird die oberhalb von Vref verbrachte inkrementelle Zeit Δt21 bei Block 214 gemessen, und bei Block 216 wird eine Konversion auf ein tsat proportional zu Δt21 vorgenommen. Falls andererseits VP < Vref, wird die Sättigungszeit tsat bei Block 212 aus der linear extrapolierten Funktion bestimmt, wobei tsat proportional zu VP ist. Die Verwendung dieses Größensystems gewährleistet einen glatten Übergang von VP < Vref zu VP = Vref.
  • Bei Block 218 wird ein Fehler in tsat relativ zu dem gewünschten Wert tsat = tsat_desired berechnet und gleich tsat_error gesetzt.
  • Der Fehler wird dann – wie in Block 220 gezeigt – normiert und bei Block 222 als Eingang für einen rückgekoppelten Regler wie einen PID (Proportional-Differential-Integral) Algorithmus verwendet. Der Ausgang des PID-Reglers erzeugt einen multiplikativen Korrekturfaktor PURGE_MUL, welcher bei Block 224 verwendet wird, um die Reinigungszeit tPsat* in nachfolgenden Sättigungsbestimmungszyklen zu adaptieren. Bei Block 226 wird bestimmt, ob |tP sat* – tPsat| < ε, wobei ε eine erlaubte Toleranz ist. Falls nicht, wird tPsat = tPsat* gesetzt und eine andere Sättigungsreinigung veranlasst, und die stromabwärtige Einrichtung 18 wird bei Block 202 gefüllt. Falls |tPsat* – tPsat| < ε, wird der gelernte Wert für tPsat* bei Block 228 in einer entsprechenden Lookup-Tabelle gespeichert.
  • Wie in den 11 bis 13 gezeigt, können tatsächliche Werte für eine auf den gespeicherten Sauerstoff (tPOSC*) reagierende Reinigungszeit auch durch eine rückgekoppelte Regelung der Reinigungs- und Füllzeiten erhalten werden. Gemäß der Erfindung wird tPOSC* unter Verwendung zweier suboptimaler Füll- und Reinigungszeiten entsprechend den Punkten A und B (vgl. 8) bestimmt. Diese Punkte liegen tiefer als die optimale Füllzeit und werden ausgewählt, um mit dem proportional linearen Abschnitt der Antwortkurve zusammenzufallen.
  • Speziell werden die tatsächlichen Reinigungszeiten tPB* und tPA* für Punkt B bzw. Punkt A bestimmt unter Verwendung separater Routinen ähnlich zu derjenigen der Sättigungs-Reinigungszeitbestimmung, jedoch unter Verwendung gespeicherter Füll- und Reinigungszeitwerte (tF und tP) entsprechend den Punkten A und B. Die speziellen Schritte sind in den Blöcken 300–328 in 11 für den Punkt B und den Blöcken 400–428 in 12 für den Punkt A gezeigt.
  • Wie in 13 gezeigt ist, wird das Auffrischungsverfahren für die dem gespeicherten Sauerstoff entsprechende Reini gungszeit (tPOSC*) erhalten durch ein anfängliches Setzen der Zellwerte i und j auf 1 bei Block 502 und durch das Abrufen der gespeicherten Werte für tPA*(i, j), tFA, tPB*(i, j) und tFB bei Block 504.
  • Ein aufgefrischter Wert wird bei Block 506 gemäß der folgenden Gleichung bestimmt:
    Figure 00230001
  • Die Werte für tPOSC* werden – wie bei Block 508 gezeigt – in einer entsprechenden Lookup-Tabelle gespeichert. Wie in den Blöcken 510–518 vermerkt, wird die gesamte Tabelle durchschritten, um alle Zellwerte aufzufrischen.
  • Wie aus 14 ersichtlich, werden die aktuellen Werte für tPOSC*(i, j) zusammen mit den aktuellen Werten für tP*(i, j) verwendet, um die Werte für die NOx-Reinigungszeit tPNOx*(i, j) aufzufrischen. Anfänglich werden i und j bei Block 602 auf 1 gesetzt, und die Werte für tPOSC*(i, j) und tP*(i, j) werden bei Block 604 aus einem Speicher abgerufen. Bei Block 606 wird der aktuelle Wert für tPNOx*(i, j) bestimmt als tPNOx*(i, j) = tP*(i, j) – tPOSC*(i, j). Der aufgefrischte Wert für tPNOx*(i, j) wird dann in der Lookup-Tabelle gespeichert. Jede Zelle der Lookup-Tabelle – wird wie in den Blöcken 610 bis 618 vermerkt – auf diese Weise aufgefrischt.
  • In vorteilhafter Weise können erfindungsgemäß die aktuellen Werte für tPNOx*(i, j) mit den anfänglichen Werten tPNOx(i, j) verglichen werden, um das Ausmaß einer Einrichtungsverschlechterung zu erfassen. D.h., dass sich die NOx-Speicherkapazität der stromabwärtigen Einrichtung 18 verschlechtert hat, HC- und CO-Emissionen zugenommen haben, und dass eine Desulfatierung oder ein "de-SOx" Vorgang angesetzt wird, falls tPNOx*(i, j) < tPNOx(i, j) – τ, wobei τ eine vorgegebene Konstante ist. Zusätzlich kann tPOSC*(i, j) mit tPOSC(i, j) verglichen und der Fahrer des Fahrzeugs über eine Warnschaltung benachrichtigt werden, dass eine Wartung erforderlich ist, falls die Differenz größer als ein vorgegebener Toleranzwert ist.
  • Auf diese Weise wird erfindungsgemäß vorteilhafterweise ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitgestellt, mittels welchem bzw. welcher akkurat der Zustand oder die "Gesundheit" der stromabwärtigen Einrichtung 18 feststellt wird, um in Echtzeit eine rückgekoppelte Kontrolle der Einrichtungsfüllzeit, der Reinigungszeit und der Stärke der Reinigung während des Motorbetriebs in einem Fahrzeug bereitzustellen. Die Erfindung ermöglicht daher den Betrieb einer katalytischen Emissionsbegrenzungseinrichtung 18 kontinuierlich mit optimaler Effizienz.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Quantifizierung von in einer Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) eines Kraftfahrzeugs gespeichertem Sauerstoff, wobei der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) Abgas einer Brennkraftmaschine (12) zugeführt und die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) während eines ersten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (12) mit einer Gaskomponente des Abgases befüllt wird, die während eines zweiten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (12) ausgespült wird, wobei die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) einen optimalen Kapazitätslevel für die Speicherung der Gaskomponente aufweist, mit folgenden Verfahrensschritten: periodisches Generieren erster und zweiter, für eine rückkopplungslose Regelung vorgesehener Füllzeiten, wobei die erste Füllzeit und zweite Füllzeit unterschiedliche Zeitdauern aufweisen und so bemessen sind, dass die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) suboptimal bis zu einem ersten Kapazitätslevel bzw. bis zu einem zweiten Kapazitätslevel befüllt wird; während einer vorherbestimmten Anzahl aufeinander folgender Füllungs- und Spülzyklen erfolgendes Befüllen und Spülen der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) basierend auf den generierten ersten und zweiten Füllzeiten, Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) durchströmenden Abgas für jeden suboptimalen Füllvorgang; Generieren einer ersten bzw. einer zweiten tatsächlichen Spülzeit entsprechend der jeweiligen ersten und zweiten Füllzeit, basierend auf dem erfassten Ausgangssignal, und Bestimmen eines die Menge des in der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) gespeicherten Sauerstoffs repräsentierenden Wertes als Funktion sowohl der ersten und der zweiten Füllzeit, als auch der ersten und der zweiten tatsächlichen Spülzeit.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem ersten suboptimalen Füllzyklus und dem zweiten suboptimalen Füllzyklus ein für die laufende Gesamtkapazität der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) repräsentativer Wert innerhalb einer vorherbestimmten Anzahl von Füllzyklen und Spülzyklen bestimmt wird, und dass wenigstens ein Spülzeitwert als Funktion des Sauerstoffmengenwertes und des Gesamtkapazitätswertes aktualisiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des ersten, der aktuellen Gesamtkapazität entsprechenden Wertes folgende Schritte beinhaltet: Füllen der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) bis zur Sättigung, Spülen der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18), Erfassen eines Ausgangssignals eines stromabwärts der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) positionierten Sauerstoffsensors (34), Generieren eines Fehlersignals als Funktion des erfassten Ausgangssignals und eines vorherbestimmten Referenzwertes, und Bestimmen einer tatsächlichen Spülzeit, die für ein Ausspülen im Wesentlichen aller Gaskomponenten aus der gesättigten Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) erforderlich ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der Sauerstoffkonzentration des die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) durchströmenden Abgases ein vorheriges Positionieren eines ersten Sauerstoffsensors (34) stromabwärts der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) beinhaltet.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Reinigungszeit und die zweite Reinigungszeit nur bei Erfassen einer konstanten Drehzahl der Brennkraftmaschine (12) und einer konstanten Motorlast generiert werden.
  6. Vorrichtung zur Quantifizierung des in einer Emissionsbegrenzungseinrichtung (18), welcher Abgas einer Brennkraftmaschine (12) zugeführt wird, gespeicherten Sauerstoffs, wobei die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) zum Betrieb dahingehend ausgebildet ist, dass diese während eines ersten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (12) mit einer Gaskomponente des Abgases befüllt und die Gaskomponente während eines zweiten Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (12) ausgespült wird, mit: einem Sauerstoffsensor (34) zur Generierung eines Ausgangssignals, welches repräsentativ ist für eine Sauerstoffkonzentration, die während einer Probe- bzw. Abfrageperiode (sampling period) in dem die Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) durchströmenden Abgas enthalten ist, und mit einer einen Mikroprozessor aufweisenden Steuereinheit (24), die dahingehend ausgebildet ist, dass eine Betriebsweise mit offenem Regelkreis durch Bestimmen von Füllzeiten und Reinigungszeiten basierend auf den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine (12) und entsprechenden, in einem Speicher gespeicherten Werten erfolgt, und dass die Steuereinheit (24) weiterhin dahingehend ausgebildet ist, dass periodisch eine suboptimale erste Füllzeit und eine suboptimale zweite Füllzeit generiert werden, und dass entsprechende erste und zweite tatsächliche Spülzeiten bestimmt werden, die zum Ausspülen des während der ersten Füllzeit und der zweiten Füllzeit in der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) gespeicherten Gasbestandteils erforderlich sind, und die Steuereinheit (24) weiterhin dahingehend ausgebildet ist, dass ein der in der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) gespeicherten Sauerstoffmenge entsprechender Wert als Funktion sowohl der ersten Füllzeit und der zweiten Füllzeit als auch der ersten und der zweiten tatsächlichen Spülzeit bestimmbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (34) stromabwärts der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) angeordnet ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffsensor (34) einen Sensor mit Schaltausgangssignal beinhaltet.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor zur Bestimmung eines Wertes ausgebildet ist, der der Gesamtkapazität der Emissionsbegrenzungseinrichtung (18) hinsichtlich des Befüllens und Spülens bis zur Sättigung entspricht, sowie dahingehend ausgebildet ist, dass wenigstens ein Spülzeitwert als Funktion des Betrages des Sauerstoffwertes und des Gesamtkapazitätswertes aktualisiert (updated) wird.
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