DE60024103T2

DE60024103T2 - Steuerverfahren zum entfernen von stickoxiden von einem abgaskataslysator

Info

Publication number: DE60024103T2
Application number: DE60024103T
Authority: DE
Inventors: Stephan Beurthey; Dirk Von Wissel
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 2000-09-08
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-09-09
Also published as: WO2001020153A1; EP1212527A1; ES2248117T3; DE60024103D1; FR2798425B1; EP1212527B1; FR2798425A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerverfahren zur Entleerung von Speichermitteln von Stickoxiden (NOx), die einem Katalysator zur Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors hinzugefügt sind, wobei eine Sauerstoffsonde in dem Strom der Gase montiert ist, welche von dem Katalysator herausgehen, und noch genauer ein solches Verfahren, gemäß welchem, wenn der Motor in einer an kraftstoffarmen Mischung von Luft/Kraftstoff betrieben wird, man mit Hilfe eines Verwaltungsmodells der Speichermittel die Entwicklung der Speichereffizienz der NOx in den Speichermitteln verfolgt und, wenn das Modell angibt, dass die Effizienz unter einen vorbestimmten Schwellenwert abnimmt, man eine Entleerung der Speichermittel steuert und man die Entleerung beendet, wenn das Modell angibt, dass die Menge an NOx, welche gespeichert bleiben, unter einen anderen vorbestimmten Schwellenwert gefallen ist.
Um die Verschmutzung der Atmosphäre durch die Abgase von Verbrennungsmotoren zu reduzieren, insbesondere denjenigen, welche den Antrieb von Kraftfahrzeugen sicherstellen, stattet man herkömmlicherweise die Auslassleitungen dieser Gase mit einem Katalysator aus, der als Funktion aufweist, die chemisch schädlichen Arten in weniger schädliche Arten, ja sogar unschädliche Arten umzuwandeln.
Dabei ist es so, dass man einen Katalysator, genannt „mit drei Wegen" oder „trifunktionell", kennt, aufgrund der Tatsache, dass er eine dreifache Funktion einer Oxidation der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC), einer Oxidation von Kohlenmonoxiden CO in CO₂ und einer Reduktion von Stickstoffoxiden (NOx) in gasförmiges Stickstoff sicherstellt. Die Sorge, die Gasemissionen mit Treibhauseffekt zu reduzieren, und insbesondere diejenigen der CO₂, hat die Nachfrage für einen Verbrennungsmotor hervorgebracht, der fähig ist, mit einem als „mager" bezeichneten Verhältnis von Luft/Kraftstoff zu funktionieren (bzw. betrieben zu werden), d.h. unter demjenigen einer stöchiometrischen Mischung. Wenn man einen herkömmlichen trifunktionellen Katalysator zum Reinigen der Abgase eines derartigen Motors verwendet, der bei magerer Mischung betrieben wird, stellt man eine sehr geringe Effizienz der Reduktion von NOx fest. Um diesem Nachteil zu begegnen, hat man in dem europäischen Patent Nr. 560 991 vorgeschlagen, einen trifunktionellen Katalysator zu verwenden, welcher Speichermittel durch Adsorption von NOx umfasst, die in den Abgasen vorhanden sind, wenn die Mischung Luft/Kraftstoff, welche vom Motor kommt, mager ist. Um zu vermeiden, dass diese Adsorption nicht auf die Dauer die Sättigung der Adsorptionskapazität des Katalysators hervorruft, schlägt das genannte Patent vor, die Reichhaltigkeit der Mischung Luft/Kraftstoff des Motors auf solch eine Art und Weise zu steuern, um periodisch die Reichhaltigkeit dieser Mischung auf einen Wert entsprechend einer stöchiometrischen oder reichen Mischung umzuschalten. Diese Umschaltung ruft die Desorption der zu adsorbierenden NOx in dem Katalysator hervor, sodann ihre Reduktion durch die HC und die CO, welche in dem Katalysator vorhanden sind, aufgrund der Tatsache des Anstiegs der Reichhaltigkeit der Mischung. Die Dauer der zum Abbauen und Reduzieren der in dem Katalysator gespeicherten NOx notwendigen Umschaltung ist proportional zur Masse von gespeicherten NOx. Wenn diese Dauer sehr kurz ist, bleiben NOx in dem Katalysator gespeichert und verringern somit seine Adsorptionskapazität. Dagegen, wenn sie zu lang ist, werden alle gespeicherten NOx abgeladen, jedoch wird ein Teil der unverbrannten HC und des CO, die von der Zunahme der Reichhaltigkeit der Mischung herkommen, in die Atmosphäre zurückgeworfen, wobei somit eine Erhöhung des Ausstoßes von chemisch unweltverschmutzenden Arten in die Umgebung hervorgerufen wird.
Um besser die Zeitdauer der Entleerung anzupassen, hat man in dem europäischen Patent Nr. 636 770 vorgeschlagen, diese unter der Steuerung eines Signals anzuhalten, welches durch eine Sauerstoffsonde geliefert wird, die stromabwärts des Katalysators in der Auslassleitung der Abgase des Motors angeordnet ist. Des Weiteren schlägt man in der europäischen Patentanmeldung Nr. 733 787 vor, die Menge von tatsächlich in den Speichermitteln gespeicherten NOx auf der Basis eines Signals zu berechnen, welches durch eine derartige Sauerstoffsonde geliefert wird. Man korrigiert die Menge von so geschätztem NOx durch die Berechnung, um sie der tatsächlichen Menge anzunähern. Wenn die derart geschätzte und korrigierte Menge von NOx eine Schwelle überschreitet, löst man die Entleerung der Speichermittel aus. Die Dauer der Entleerung ist somit abhängig von der Menge von gespeicherten NOx.
Man schlägt somit in dem oben beschriebenen Stand der Technik vor, entweder die Menge von gespeichertem NOx oder die Dauer der Entleerungszeit zu korrigieren. Jedoch können derartige, isolierte Korrekturen nur vollständig wirksam sein, wenn man gleichzeitig den tatsächlichen Durchsatz des Motors an NOx und den Wirkungsgrad der Entleerung kennt. Die vorliegende Erfindung hat genau genommen als Aufgabe, ein Steuerverfahren der Entleerung von Speichermitteln von NOx, die einem Katalysator hinzugefügt sind, zu liefern, welches es erlaubt, den Ausstoß von chemisch umweltschädlichen Arten zu minimieren, unter einem Verfeinern durch angepasste Korrekturen mehrerer Betriebsparameter der Speichermittel von NOx.
Man löst diese Aufgabe der Erfindung sowie andere, welche beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung offenbar werden, mit einem Steuerverfahren einer Entleerung von Speichermitteln von Stickoxiden, von der Art, welche in der Einleitung der vorliegenden Beschreibung angegeben ist, unter insbesondere einem Zurückgreifen auf ein Steuerungsmodell dieser Speichermittel, wobei das Verfahren darin bemerkenswert ist, dass man einen Ausgangswert korrigiert, der mittels dem Modell geschätzt ist, von jedem von mindestens zwei Parametern, die in diesem Modell dargestellt sind, in Abhängigkeit des Signals, welches durch die Sauerstoffsonde geliefert wird, wobei die Speichermittel vorher in einen vorbestimmten Betriebsmodus derart gesetzt werden, dass lediglich der Parameter während der Regelung das Signal beeinflusst.
Wie man es weiter unten im Detail sehen wird, führt man den Korrekturprozess zuverlässiger unter einem somit engen Verbinden der Reaktion der Sauerstoffsonde mit den einzigen Variationen des zu korrigierenden Parameters durch und, davon ausgehend, verbessert man die Präzision der Messung des in Betracht gezogenen Parameters, der durch das Steuerungsmodell der Speichermittel von NOx genutzt wird.
Gemäß anderen Merkmalen der vorliegenden Erfindung verfährt man mit den Korrekturen unter einem Korrigieren eines Abstandes D zwischen einem Wert (NS-est-dp) des Bestands von NOx, das in den Speichermitteln enthalten ist, am Anfang (dp) einer Entleerung, welcher Wert mit Hilfe des Modells geschätzt ist, und einem Wert (NS-mes-dp) dieses Bestands, der mit Hilfe von Variationen des Signals gemessen wird, das durch die Sonde geliefert wird und der Gleichung: NS-mes-dp = ΔNS + NSreswobei ΔNS eine Messung der Masse von NOx ist, die während der Entleerung abgeladen wird, und NSres eine Messung eines Restbestands von NOx ist, welcher in den Speichermitteln am Ende der unter der Steuerung des Signals der Sonde gestoppten Entleerung verbleibt.
Man misst ΔNS während einer doppelten Entleerung mit Hilfe von Messungen von Übergangsverzögerungen TIC1, TIC2 am Anfang der Entleerung mit Hilfe des Signals, welches durch die Sonde geliefert wird, auf den entsprechenden Übergang der Reichhaltigkeit an Reduktionsmitteln der Luft/Kraftstoff-Mischung, welche in den Katalysator eintritt, wobei die Speichermittel jeweils leer und voll sind. Wenn man eine einfache Entleerung verwendet, misst man ΔNS mit Hilfe von Messungen von Übergangsverzögerungen TIC1 am Anfang der Entleerung und TIC3 am Ende der Entleerung.
Um den Restbestand NSres zu messen, 1) steuert man eine lange Entleerung der Speichermittel auf solch eine Art und Weise, um vollständig die Mittel zu entleeren, 2) sodann steuert man eine Speicherung von NOx in den Mitteln, die in ihren Betriebsmodus mit maximaler Speichereffizienz gesetzt sind, und man misst die Dauer der Speicherung, 3) man entleert die Mittel bis zum Kippen des Signals der Sonde und man misst die Menge ΔNS1 von somit frei gesetztem NOx, 4) man steuert eine erneute Speicherung der gleichen Dauer, dann eine andere Entleerung, und man misst die so freigesetzte Menge ΔNS2 von NOx bis zum Kippen des Signals der Sonde, und 5) man bewertet den Bestand von restlichem NOx, NSres, welches in dem Katalysator am Ende der Entleerung verbleibt, durch die Gleichung NSres = ΔNS2 – ΔNS1
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung und beim Studium der beigefügten Zeichnung offenbar, in welcher:
1 graphisch ein Steuerungsmodell der Speichermittel von NOx gemäß dem Verwaltungsverfahren nach der Erfindung darstellt;
2 ein Organigramm einer Korrekturstrategie von Funktionsparametern dieser Speichermittel ist, welche in dem Modell aus 1 eingreift; und
3 bis 6 Graphiken sind, welche die aufeinanderfolgenden Schritte des Organigramms aus 1 darstellen.
Das Steuerungsverfahren einer Entleerung gemäß der vorliegenden Erfindung, welches man nun beschreiben wird, wird vorteilhafterweise durch Software-Mittel ausgeführt, die in einem Steuerrechner des Betriebs des Motors geladen sind. Das Verfahren benutzt ein Steuerungsmodell von Speichermitteln von NOx eines Katalysators, welcher derartige Mittel umfasst und welcher auf herkömmliche Art und Weise in der Auslassleitung von Abgasen des Motors gesetzt ist, um diese zu behandeln, wobei eine Sauerstoffsonde, welche in diese Leitung unmittelbar stromabwärts des Katalysators gesetzt ist, dem Rechner ein Signal liefert, das repräsentativ ist für die Reichhaltigkeit bzw. den Gehalt an chemisch reduktiven Arten dieser Abgase am Auslass des Katalysators.
Man bezieht sich nun auf 1 der beigefügten Zeichnung, welche schematisch die Struktur des Steuerungsmodells der Speichermittel von NOx darstellt, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Es handelt sich im Wesentlichen darum, eine Entleerung dieser Mittel zu steuern, wenn diese während einem Betrieb des Motors in magerer Mischung aufhören, die NOx angemessen zu speichern, welche durch den Motor geliefert werden, sodann Anhalten dieser Entleerung, wenn die Speicherungsmittel in einen angemessenen Funktionszustand wiederhergestellt sind. Man weiß, dass herkömmlicherweise die Entleerung durch eine Umschaltung der Zusammensetzung der Luft/Kraftstoff-Mischung der Versorgung des Motors von einer an Kraftstoff „mageren" Zusammensetzung (sehr stark unter-stöchiometrisch) auf eine an Kraftstoff „reiche" Zusammensetzung (tatsächlich stöchiometrisch oder über-stöchiometrisch) sichergestellt wird.
Gemäß der Erfindung wird während einem Betrieb des Motors in magerer Mischung die Entleerung ausgelöst, wenn die Speichereffizienz Effstoc der NOx in den Speichermitteln unterhalb eine vorbestimmte Schwelle geht.
Man definiert die Speichereffizienz durch die Gleichung: Effstoc = 1 – CNOx-out/CNOx-in wobei C_NOx-in und C_NOx-out jeweils die Konzentration von NOx der Abgase ist, welche in den Katalysator eintreten und vom Katalysator herauskommen. Diese Effizienz wird maximal, wenn die Speichermittel von NOx leer sind, und minimal, wenn sie voll sind. Sie ist somit eine abnehmende Funktion der Füllrate dieser Mittel, d.h. des Verhältnisses NS/NSC der Menge von NS von gespeichertem NOx zu der maximalen Speicherkapazität NSC dieser Mittel. Sie ist ebenso eine zunehmende Funktion von der Temperatur T_cat des Katalysators. Ein Kennfeld bzw. eine Kartographie 1 (siehe 1), welche in dem Rechner gespeichert ist, liefert einen geschätzten Wert Effstoc-est dieser Effizienz, ausgehend von Schätzungen NS-est und NSC-est der Größen NS und NSC und einer Messung T_cat, welche dem Rechner durch einen geeignet in dem Katalysator angeordneten Sensor geliefert wird, oder durch reine Software-Mittel zur Schätzung dieser Temperatur. Auf allgemeine Art und Weise wird im Folgenden eine geschätzte Größe als „Größe-est" notiert.
In der Phase der Speicherung von NOx kann man eine Schätzung von NS-est der Menge von gespeichertem NOx machen, unter Integrieren über die Zeit der Menge: Kstoc·Qnox-est·Effstoc-estwobei Kstoc eine Konstante ist und Qnox-est eine Schätzung der Menge von durch den Motor ausgestoßenen NOx ist, wobei die Rechnung durch die Blöcke 3, 4 und 6 des Modells aus 1 ausgeführt wird.
Gleichermaßen kann man während einer Entleerungsphase eine Schätzung NS-est der Menge von NOx machen, welches gespeichert verbleibt, unter einem Subtrahieren von dem Wert von NS-est am Anfang der Entleerung, des Integrals über die Zeit der Menge: Kpurge·Qred-est·Effpurge-est wobei Kpurge eine Konstante ist, Qred die Menge von in dem Katalysator 8 vorhandenen Reduktionsmitteln ist und: Effpurge = 1 – Cred-out/Cred-in wobei C_red-in und C_red-out jeweils die Mengen von Reduktionsmitteln sind, welche jeweils in den Katalysator eintreten und von dem Katalysator austreten. Die Blöcke 5, 4 und 6 führen die verschiedenen Phasen dieser Schätzungsrechnung von NS aus.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wählt man zum Darstellen von Effpurge die mittlere Effizienz Effpurge-moy der Entleerung, um die Berechnungen zu vereinfachen. Diese mittlere Effizienz ist kartographiert in Abhängigkeit von der Temperatur Tcat des Katalysators und dem Verhältnis NS/NSC, wie in dem Block 2 dargestellt.
Die Blöcke 7 und 8 der 1 stellen die Stoppbedingungen der Speicherphasen (Bedingung auf Effstoc-est) und der Entleerungsphasen (Bedingung auf NS-est) jeweils in Abhängigkeit von der Temperatur Tcat des Katalysators dar. In dem Fall des Steuerungsmodells der 1 wird, wenn in der Speicherungsphase die Temperatur des Katalysators geringer zu einer unteren Schwelle oder größer zu einer oberen Schwelle ist, der Wert von Effstoc, bei welchem man die Speicherung stoppt, abgesenkt (siehe den Block 7). Gleichermaßen wird während einer Entleerungsphase, wenn die Temperatur des Katalysators außerhalb eines Bereichs, der durch eine untere Schwelle und durch eine obere Schwelle begrenzt wird, ist, der Wert von NS-est, bei welchem man die Entleerung stoppt, angehoben.
In der Speicherungsphase tritt es auf, dass die wesentlichen Parameter der Steuerung der Speichermittel Qnox, NS, NSC und Effstoc sind.
In dem Modell, welches durch das Steuerungsverfahren einer Entleerung gemäß der Erfindung genutzt wird, wird Qnox mit Hilfe einer Kartographie bzw. einem Kennfeld geschätzt, dessen Eingangsgrößen den Betrieb des Motors charakterisieren, d.h. die Reichhaltigkeit der Luft/Kraftstoff-Mischung, die Motordrehzahl, die Motortemperatur und den Voreilwinkel zur Zündung der Mischung. Effstoc wird durch die in dem Block 1 dargestellte Kartographie geschätzt, welche NS-est einsetzt, wobei diese Größe wie oben beschrieben berechnet wird.
In der Entleerungsphase gibt es zwei grundlegende Größen zum Schätzen von NS und Stoppen der Entleerung, wenn NS unterhalb eine vorbestimmte Schwelle fällt, d.h. der Durchsatz von Kraftstoff Qred und die Entleerungseffizienz Effpurge. Qred kann durch den Durchsatz von Kraftstoff bestimmt werden, der durch den Rechner bekannt ist, oder durch eine Kartographie bzw. ein Kennfeld, dessen Eingangsgrößen die Reichhaltigkeit an Kraftstoff der Abgase und der Durchsatz dieser Gase sind. Effpurge wird aus der oben in Verbindung mit dem Block 2 beschriebenen Kartographie bzw. Kennfeld gezogen.
Schließlich zeigt es sich, dass die Steuerung der Speichermittel von NOx des Katalysators im Wesentlichen auf den folgenden, geschätzten Parametern ruht: Qnox-est, NSC-est, Qred-est und Effpurge-est. NS-est wird durch das Modell berechnet und Effstoc-est ist eine Funktion von NS-est, von NSC-est, von T_cat und von Qnox-est.
Qred-est und T_cat sind vom Rechner mit einer guten Präzision bekannt aufgrund der Tatsache, dass dieser ebenso den Betrieb des Motors steuert.
Dagegen sind Qnox-est, NSC-est und Effpurge-est schlecht bekannte Parameter. Der Fehler, welcher an diesen Parametern gemacht wird, ist außerdem anfällig, sich über die Zeit zu entwickeln, insbesondere aufgrund der Alterung des Katalysators.
Die vorliegende Erfindung hat es gerade als Aufgabe, die Gesamtheit dieser drei Parameter auf eine Art und Weise zu korrigieren, um diesen Fehler durch aufeinanderfolgende Korrekturen von diesen zu reduzieren, gemäß der durch das Organigramm der 2 dargestellten Sequenz, wobei die aufeinanderfolgenden Korrekturen Wechselwirkungen der Einflüsse dieser Parameter auf die von NS zu machende Schätzung verhindern.
Diese Sequenz umfasst im Wesentlichen vier Phasen, welche jeweils markiert sind als 0, 1, 2 und 3, die jeweils einer Phase einer Initialisierung, einer Phase einer Korrektur von Qnox, einer Phase einer Korrektur von Effpurge und einer Phase einer Korrektur von NSC entsprechen.
Gemäß einem wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung nutzt man bei diesen Phasen den nicht-linearen Charakter der Funktionsweise der Speichermittel von NOx, ebenso während einer Speicherphase wie auch während einer Entleerungsphase.
Somit werden während einer Speicherphase, solange das Verhältnis NS/NSC niedriger zu einer Schwelle bleibt, alle die NOx, welche vom Motor herauskommen, durch die Speichermittel aufgehalten. Wenn das Verhältnis unter die Schwelle geht, wird lediglich ein Teil der durch den Motor ausgestoßenen NOx gespeichert, wobei der Rest den Katalysator durchquert, um sich in der Umgebung zu verstreuen.
Gleichermaßen entleeren während den Entleerungsphasen, so lange wie NS/NSC über einer anderen Schwelle bleibt, alle die Reduktionsmittel, welche vom Motor kommen, effizient den Katalysator (Effpurge = 1). Unterhalb dieser gleichen Schwelle geht ein Teil der Reduktionsmittel ungenutzt in den Katalysator (Effpurge < 1).
Die durch die Erfindung gemachte Ausnutzung der Nicht-Linearität, welche oben erläutert ist, wird in der nachfolgenden Beschreibung von vier Korrekturphasen von geschätzten Werten der in Betracht gezogenen Parameter auftreten, welche man nun in Verbindung mit den Graphiken der 3 bis 6 beschreiben wird, beginnend mit der Phase 0 einer Initialisierung.
Initialisierungsphase (Phase 0)
In der Messung der Menge von in dem Katalysator am Anfang einer Entleerung gespeicherten NOx, bezeichnet mit NS-mes-dp, tritt eine Restkomponente dieser Menge auf, bezeichnet mit NSres, die in der Graphik der 3 dargestellt ist. Mit einer vollkommenen Speicherung der NOx (Effstoc = 1) entspricht die in dem Katalysator am Beginn der Reinigung (dp) gespeicherte Menge von NOx somit, wie man es weiter oben gesehen hat, dem Integral ΔNS des Durchsatzes der NOx, welche in den Katalysator während der Speicherung eintreten, zuzüglich dieses Restwertes NSres, also: NS-mes-dp = ΔNS + NSres
ΔNS kann durch die Betrachtung des Übergangs auf Höhe des Signals berechnet werden, das durch die Sauerstoffsonde geliefert wird, welche im folgenden angenommen wird als eine Sonde von der Art „alles oder nichts" oder „EGO", wobei das Signal somit zwischen zwei Niveaus kippt und der Rechner die Kippmomente des Signals während aufeinanderfolgenden Zyklen von Speicherung/Entleerung von NOx aufnimmt.
Hierfür kann man entweder eine einfache Entleerung oder eine doppelte Entleerung organisieren, wobei diese letztere durch die Aneinanderreihung von zwei einfachen Entleerungen gebildet wird, die durch eine kurze Phase getrennt sind, während welcher man gar keine spürbare Speicherung von NOx in dem Katalysator feststellt.
Man misst somit die folgenden Zeitintervalle:

– im Falle einer doppelten Entleerung das Intervall TIC1 oder Übergangsverzögerung zwischen dem Kippen von „mager" zu „reich" der Reichhaltigkeit (bzw. des Gehalts) der Abgase am Einlass des von NOx leeren Katalysators, d.h. während der zweiten Entleerung, und die Erfassung dieses Kippens durch die Sauerstoffsonde, welche an dem Auslass des Katalysators gesetzt ist,
– im Falle einer einfachen oder doppelten Entleerung das Intervall TIC2 zwischen dem Kippen von „mager" zu „reich" dieser Reichhaltigkeit am Einlass des Katalysators, voll von NOx, und die Erfassung dieses Kippens durch die Sonde.
– im Falle einer einfachen Entleerung das Intervall TIC3 oder Übergangsverzögerung zwischen dem Kippen von „reich" zu „mager" der Reichhaltigkeit von Abgasen am Einlass des Katalysators, d.h. am Ende der Entleerung, und die Erfassung dieses Kippens durch die Sonde.

Man zeigt, dass für eine doppelte Entleerung: ΔNS = K[(TIC1 – TIC2) – Qgaz/Ri reich – 1)]wobei K eine Konstante ist, Qgaz der Durchsatz des Gases vom Motor ist, R_i ^reich die Reichhaltigkeit der Luft/Kraftstoff-Mischung während dem Entleeren ist.
Wie man dies weiter oben gesehen hat, ermöglicht es das Signal der Sonde nur ΔNS zu berechnen, und lediglich nur, wenn es einen Betriebsbereich des Katalysators gibt, für welchen während der Entleerung alle die Reduktionsmittel zum Behandeln der gespeicherten NOx verwendet werden (Effpurge = 1).
In dem Zusammenhang einer doppelten Entleerung besteht diese Bedingung, wenn TIC1 ≠ TIC2, wie in dem ersten Test des Organigramms der 2 angegeben.
Man zeigt, dass für eine einfache Entleerung: ΔNS = J[TIC1·Qgaz/(Ri reich – 1) – TIC3·Qgaz/(Ri mager – 1)]wobei J eine Konstante ist und R_i ^mager die Reichhaltigkeit der Luft/Kraftstoff-Mischung während der Speicherungsphase ist. Der Test TIC1 ≠ TIC2 des Organigramms aus 2 wird somit durch den Test ΔNS ≠ 0 ersetzt.
NSres wird durch das Verfahren gemäß der Erfindung geschätzt, das durch die Graphik der 3 dargestellt ist. Gemäß dieses Verfahrens führt man zunächst eine lange Entleerung (Entleerung 1) aus, welche über das Kippen der Sonde hinaus auf eine Art und Weise verlängert ist, um vollständig den Bestand von NOx, der in dem Katalysator enthalten ist, zu entleeren. Diese lange Entleerung wird von einer Speicherphase einer Dauer Tstoc.1 gefolgt, während welcher der Bestand sich auf eine Menge von NOx auflädt, gleich zu (NSres + ΔNS1), gleich zu derjenigen, welche man während dem Auslösen der ersten Entleerung (Entleerung 1) feststellt. Diese Phase einer Speicherung wird von einer zweiten kurzen Entleerung (Entleerung 2) gefolgt, die beim Kippen der Sonde gestoppt wird, sodann einer zweiten Phase einer Speicherung einer Dauer Tstoc.2 = Tstoc.1, wobei die Speicherung einer Menge ΔNS2 von NOx ermöglicht wird, wobei diese zweite Phase selbst durch eine dritte Entleerungsphase (Entleerung 3) gefolgt wird.
Während den Entleerungen 2 und 3 zieht der Rechner aus der Beobachtung von dem Kippen des Signals der Sonde Messungen von ΔNS1 und ΔNS2. Man zieht aus diesen Messungen einen kalibrierten Wert von NSres durch die Beziehung: NSres = ΔNS2 – ΔNS1
Man wird feststellen, dass das Kalibrierungsverfahren von NSres, das oben beschrieben ist, sich vollzieht, während die Speichermittel von NOx in einem optimalen Betriebsmodus gehalten werden, für welchen Effstoc = 1, was vorteilhafterweise gemäß der vorliegenden Erfindung jeden Einfluss einer Variation dieses Parameters auf die Kalibrierung von NSres unterdrückt.
Am Beginn einer neuen Entleerung (dp) ist die Menge NS von gespeichertem NOx gleich zu ΔNS + NSres. Die weiter oben geschilderten Kartographien ermöglichen es somit dem Rechner, Ausgangswerte von Qnox und von Effpurge zu schätzen, welche sodann in den Phasen 1 und 2 des Organigramms aus 2, welches man nun im Detail beschreiben wird, korrigiert werden.
Korrektur von Qnox-est (Phase 1)
Gemäß der Erfindung hält man, um dies zu bewerkstelligen, die Speichermittel von Nox noch in einem Funktionsmodus, für welchen Effstoc = 1 und Effpurgeest einen geringeren Wert als den Mittelwert Effpurge-moy der Effizienz der Entleerung des Katalysators in dem Bereich 0 < NS < NSC aufweist. Qnox-est wird auf den Ausgangswert initialisiert, welcher in der Initialisierungsphase 0 berechnet wird. Sodann vergleicht man, wie es in 4 dargestellt ist, am Beginn (dp) von jeder Entleerung den Wert NS-est-dp und NS-mes-dp. Wenn NS-mes-dp < NS-est-dp ist, erhöht der Rechner Qnox. In dem gegenteiligen Fall wird Qnox verringert. Die Operation wird während den aufeinanderfolgenden Zyklen einer Speicherung/Entleerung wiederholt. Die Korrektur von Qnox wird beendet, wenn die Differenz D zwischen den zwei verglichenen Werten geringer als eine vorbestimmte Schwelle S₁ ist.
Korrektur von Effpurge-est (Phase 2)
Für diese Korrektur setzt man den Katalysator noch in seinen Funktionsmodus, für welchen Effstoc = 1. Der Wert Effpurge-est, welcher durch das Modell gegeben wird, wird mit dem in der Phase 0 einer Initialisierung geschätzten Wert initialisiert. Wie es durch die Graphik der 5 dargestellt ist, nimmt man während den aufeinanderfolgenden Zyklen einer Speicherung/Entleerung den Unterschied D am Beginn der Entleerung zwischen NS-est-dp und NS-mes-dp auf. Der Rechner erhöht Effpurge-est, bis die Differnez D größer als eine vorbestimmte Schwelle S₂ wird. NS-mes-dp hat somit NS-est-dp überstiegen. Man annulliert die letztere Korrektur von Effpurge, um diesen näher zum reellen Wert zurückzubringen.
Man wählt S2 > S1, um die Robustheit des Steuerungsverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung sicherzustellen.
Korrektur von NSC (Phase 3)
Nachdem man NSC mit dem Wert initialisiert hat, der in der zuvorigen Phase 2 ermittelt wurde, erhöht man diesen Ausgangswert während aufeinanderfolgenden Zyklen einer Speicherung/Entleerung (siehe 6), bis dass der Abstand D größer als eine vorbestimmte Schwelle S₃ > S₂ ist. Wie zuvor, annulliert man sodann die letzte Korrektur von NSC.
Es wird nun deutlich, dass die Erfindung es ermöglicht, die angegebene Aufgabe zu lösen, d.h. den Ausstoß von umweltschädlichen Arten in die Atmosphäre durch eine präzisere Steuerung von Entleerungen der Speichermittel von NOx eines Katalysators einer Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors zu verringern, der zum Betrieb in magerer Luft/Kraftstoff-Mischung entworfen ist. Diese präzise Steuerung wird dank eines Modells erhalten und Korrekturen von wesentlichen Parametern dieses Modells, die aus der Beobachtung von Kippungen des durch eine Sauerstoffsonde gelieferten Signals gezogen werden, die stromabwärts des Katalysators angeordnet ist, welche Kippungen beobachtet werden, während die Speichermittel von NOx des Katalysators in einen Funktionsmodus derart ge setzt sind, dass lediglich der in der Korrektur befindliche Parameter auf diese Kippungen einen Einfluss hat. Um dieses Ergebnis der Erfindung zu erreichen, nutzt man auf neuartige Art und Weise die Nicht-Linearitäten aus, welche man bei dem Betrieb dieser Speichermittel ebenso in Speicherungsphase wie in Entleerungsphase feststellt, und organisiert aufeinanderfolgende und geordnete Korrekturen der betroffenen Parameter, die geeignet sind, Wechselwirkungen zwischen ihren Einflüssen während dieser Korrekturen zu vermeiden.
Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf das beschriebene und dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, welches nur beispielhaft gegeben wurde. Es ist daher so, dass, auch wenn die Erfindung oben beschrieben wurde als ein Ausnutzen des Signals, welches durch eine Sauerstoffsonde vom Typ „alles oder nichts" oder „EGO" geliefert wird, der Durchschnittsfachmann leicht verstehen wird, dass diese ohne Schwierigkeit ein Signal ausnutzen könnte, das durch eine „lineare" oder „UEGO"-Sonde geliefert wird.

Claims

Steuerungsverfahren einer Entleerung von Speichermitteln von Stickoxiden (NOx), welche einem Katalysator einer Behandlung von Abgasen eines Verbrennungsmotors hinzugefügt sind, wobei eine Sauerstoffsonde in dem Gasstrom montiert ist, welcher von dem Katalysator austritt, gemäß welchem Verfahren man, wenn der Motor in einer an Kraftstoff mageren Luft/Kraftstoffinischung betrieben wird, mit Hilfe eines Steuerungsmodells der Speichermittel die Entwicklung der Speichereffizienz (Effstoc) der Nox in den Speichermitteln verfolgt und, wenn das Modell angibt, dass die Effizienz unter eine vorbestimmte Schwelle abnimmt, man eine Entleerung der Speichermittel steuert und man die Entleerung stoppt, wenn das Modell angibt, dass die Menge von gespeichertem verbleibendem NOx unter eine andere vorbestimmte Schwelle gefallen ist, gemäß welchem Verfahren man Ausgangswerte von Parametern des Modells schätzt und korrigiert aus der Gruppe, welche gebildet wird durch: den Durchsatz des Motors an NOx, Qnox, die Effizienz der Entleerung des Katalysators (Effpurge) und die maximale Speicherungskapazität (NSC) an NOx des Katalysators, dadurch gekennzeichnet, dass man zum Korrigieren des geschätzten Durchsatzwertes des Motors an NOx, Qnox die geschätzten und gemessenen Werte NS-est-dp, NS-mes-dp von dem Bestand an NOx, der in den Speichermitteln enthalten ist, am Beginn (dp) einer Entleerung der Mittel nachfolgend auf eine Speicherung von NOx in diesen Mitteln, die somit in ihren Betriebsmodus mit maximaler Speicherungseffizienz (Effstoc = 1) gesetzt sind, vergleicht, und man den Ausgangswert von Qnox erhöht oder verringert, je nachdem ob NS-mes-dp geringer zu NS-est-dp oder umge kehrt ist, wobei die Korrektur sich während aufeinanderfolgenden Zyklen einer Speicherung und Entleerung fortsetzt, bis die Differenz: D = NS-mes-dp – NS-est-dpzwischen den verglichenen Werten unter eine Schwelle (S1) geht.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man anschließend die Entleerungseffizienz (Effpurge) korrigiert, welche auf einen geringeren Wert initialisiert wird als demjenigen ihrer Schätzung, unter einem Inkrementieren (bzw. schrittweise Erhöhen) der Effizienz bei jedem Entleeren, bis die Differenz D über eine Schwelle S2 > S1 geht (5).
Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die korrigierte Entleerungseffzienz die mittlere bzw. Durchschnitts-Entleerungseffizienz (Effpurge-moy) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man anschließend die Speicherungskapazität (NSC) der Speichermittel von NOx korrigiert, die auf einen geringeren Wert als demjenigen ihrer Schätzung initialisiert ist, unter einem Inkrementieren (bzw. schrittweise Erhöhen) der Kapazität (NSC) bei jedem Entleeren, bis der Unterschied eine Schwelle S3 > S2 überschreitet (6).
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die letzte Inkrementierung weglässt.
Verfahren gemäß irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man in einer Initialisierungsphase (Phase 0) vor den Korrekturen, die Menge (NS-mes-dp) von in dem Katalysator am Anfang einer Entleerung gespeicherten NOx mit Hilfe von Variationen des Signals misst, welches durch die Sonde geliefert wird, und der Beziehung: NS-mes-dp = ΔNS + NSreswobei ΔNS eine Messung der Masse von NOx ist, welches während dem Entleeren abgeladen wird, und NSres eine Messung eines Restbestands von NOx ist, welches in den Speichermitteln am Ende einer unter der Steuerung des Signals gestoppten Entleerung verbleibt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ΔNS während einer doppelten Entleerung mit Hilfe von Messungen von Übergangsverzögerungen (TIC1, TIC2) am Beginn der Entleerung des Signals, das durch die Sonde geliefert wird, misst, bei dem entsprechenden Übergang der Reichhaltigkeit an Reduktionsmitteln der Luft/Kraftstoff-Mischung, welche in den Katalysator eintritt, wobei die Speichermittel jeweils leer und voll sind.
Verfahren gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man ΔNS während einer einfachen Entleerung mit Hilfe von Messungen von Übergangsverzögerungen (TIC1) am Beginn der Entleerung und (TIC3) am Ende der Entleerung misst.
Verfahren gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Sonde vom Typ EGO verwendet, deren Ausgangssignal zwischen zwei Niveaus umschaltet, wobei der Übergang durch ein Kippen des Signals zwischen den Niveaus gebildet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zum Messen des Restbestands NSres, man 1) eine lange Entleerung (Entleerung 1) der Speichermittel auf eine Art und Weise steuert, um vollständig die Mittel zu entleeren, man 2) anschließend eine Speicherung von NOx in den Mitteln steuert, die in ihren Betriebsmodus mit maximaler Speicherungseffizienz (Effstoc = 1) gesetzt sind, und man die Dauer der Speicherung misst, man 3) die Mittel leert, bis zum Kippen des Signals der Sonde (Entleerung 2), und man die Menge ΔNS1 von so freigesetztem NOx misst, man 4) eine erneute Speicherung von gleicher Dauer sodann eine weitere Entleerung (Entleerung 3) steuert und man die Menge ΔNS2 von so freigesetztem NOx bis zum Kippen des Signals der Sonde misst und man 5) den Bestand von Rest-NOx (NSres) beurteilt, welcher in dem Katalysator am Ende der Reinigung verbleibt, durch die Beziehung (3): NSres = ΔNS2 – ΔNS1
Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man die geschätzten Ausgangswerte der zu korrigierenden Parameter (QNOx; Effpurge) aus dem Steuerungsmodell und aus ΔNS2 zieht.