DE10224599A1 - Verfahren und Anordnung zur Durchführung eines rückgekoppelten Spülvorganges bei einer Emissionsbegrenzungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Durchführung eines rückgekoppelten Spülvorganges bei einer Emissionsbegrenzungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung (10) zur Behandlung der Abgase eines Fahrzeugs, wobei die Anordnung (10) eine Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) mit zumindest einem stromaufwärts angeordneten Block (46) und einem stromabwärts angeordneten Block (48) jeweils zur Speicherung von NO¶x¶ aufweist, wobei der stromabwärts angeordnete Block (48) eine geringere nominale Kapazität als der stromaufwärts angeordnete Block (46) aufweist. Ein zwischen den stromaufwärts und den stromabwärts angebordneten Blöcken (46, 48) angeordneter Sauerstoffsensor (42) erzeugt ein Ausgangssignal, welches die Sauerstoffkonzentration in der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) repräsentiert. Eine Motorsteuerung (14) leitet einen fetten Betriebszustand ein, um in der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) gespeichertes NO¶x¶ auszuspülen. Die Motorsteuerung (14) wählt ferner den fetten Betriebszustand des Motors (12) zur NO¶x¶-Spülung in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Sauerstoffsensors (42) ab, um im Wesentlichen das gesamte NO¶x¶ aus dem stromabwärts angeordneten Block (48) freizusetzen. Das Abwählen erfolgt vorzugsweise nach Ablauf einer zusätzlichen Zeitverzögerung, die berechnet wird, um eine ausreichende Menge von überschüssigen Kohlenwasserstoffen zu Verfügung zu stellen.

Description

  • Die Erfindung betrifft Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung der Abgase eines Fahrzeugs, um eine Reduzierung der Abgasemissionen des Fahrzeugs zu erreichen.
  • Der Betrieb einer typischen, in Kraftfahrzeugen verwendeten Brennkraftmaschine führt zur Erzeugung von Motorabgasen, die eine Vielzahl von Bestandteilen enthalten, wie beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx). Die Raten, mit denen ein Motor derartige Gasbestandteile erzeugt, sind von einer Reihe von Faktoren abhängig. Bei diesen Faktoren handelt es sich beispielsweise um die Motordrehzahl, die Motorlast, die Motortemperatur, die Zündungseinstellung und die Abgasrückführrate (EGR = exhaust gas recirculation). Darüber hinaus erzeugen Motoren in einem Magerbetriebszyklus oftmals höhere Mengen eines oder mehrerer Abgasbestandteile, wie beispielsweise NOx. Dies ist der Fall, wenn der Motor in Betriebszuständen betrieben wird, die sich durch ein Verhältnis der angesaugten Luft zum eingespritzten Kraftstoff auszeichnen, das größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist, um z. B. eine bessere Kraftstoffausnutzung für das Fahrzeug zu erreichen.
  • Bei Fahrzeugabgasbehandlungsanlagen wird oftmals ein Dreiwegekatalysator eingesetzt, der auch als Emissionsbegrenzungsvorrichtung bezeichnet wird. Ein derartiger Dreiwegekatalysator ist zur Speicherung und Freisetzung von Abgasbestandteilen, wie beispielsweise NOx, in Abhängigkeit von den Betriebszuständen des Motors in einer Abgasleitung angeordnet. Die US 54 37 153 beschreibt beispielsweise eine Emissionsbegrenzungsvorrichtung, welche NOx aus dem Abgas speichert, wenn das Abgas mager ist. Wenn dagegen das Abgas entweder stöchiometrisch oder fetter bzw. angereicherter als stöchiometrisch ist, d. h. wenn das Verhältnis von angesaugter Luft zu eingespritztem Kraftstoff bei dem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis oder unterhalb des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses liegt, setzt die Vorrichtung zuvor gespeichertes NOx frei. Bei derartigen Systemen werden üblicherweise rückkopplungslose (open loop) Steuerungsstrategien für die Speicher- und Abgabezeiten (auch jeweils bekannt als "Füll-" und "Spülzeiten") der Vorrichtung eingesetzt, um die Vorteile einer erhöhten Kraftstoffeffizienz, die während des Magerbetriebs des Motors erreicht wird, ohne damit einhergehenden Anstieg der Abgasmissionen durch eine "gefüllte" Vorrichtung, optimal auszunutzen. Die o. g. US 54 37 153 offenbart hierzu ein rückkopplungsloses Verfahren zur Bestimmung einer geeigneten Füllzeit für die Vorrichtung, bei dem ein akkumulierter Schätzwert für aktuell durch den Motor erzeugtes NOx (von dem insgesamt angenommen wird, dass es in der Vorrichtung gespeichert wird, wenn ein Betrieb im linearen Betriebsbereich erfolgt) mit einem Referenzwert verglichen wird. Dieser Referenzwert repräsentiert die aktuelle, maximale NOx-Speicherkapazität der Vorrichtung, die als Funktion der aktuellen Temperatur der Vorrichtung bestimmt wird. Wenn der akkumulierte Schätzwert den Referenzwert überschreitet, wird die "Füllung" als vollständig bzw. beendet angesehen und der Magerbetrieb des Motors zu Gunsten einer Spülung im offenen Kreislauf, deren Dauer in ähnlicher Weise auf der abgeschätzten Menge an gespeichertem NOx basiert, unverzüglich beendet.
  • Leider können derartige akkumulatorbasierte Modelle mit offenem Kreislauf im allgemeinen nicht dem Problem Rechnung tragen, dass die aktuelle Speichereffizienz der Vorrichtung eine komplexe Funktion vieler Variablen darstellt, wie beispielsweise des Schwefelvergiftungsgrades, der Temperatur der Vorrichtung, der Sauerstoffspeicherung der Vorrichtung, der Alterung der Komponenten oder der Fahrzustände des Fahrzeugs. Folglich stellt der Schätzwert für die in der Vorrichtung gespeicherte Menge eines Abgasbestandteils, wie beispielsweise NOx, lediglich eine Näherung dar. Daher ist auch jede auf der Basis der abgeschätzten, gespeicherten Menge ermittelte Spülzeit ebenso anfällig für Fehler.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dementsprechend darin, ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Spülen (purging) einer Menge eines Abgasbestandteils, der während des Spülvorganges aus einer Emissionsbegrenzungsvorrichtung freigesetzt werden muss, aus der Vorrichtung zu schaffen, welches bzw. welche nicht ausschließlich auf einer während einer Füllung der Vorrichtung durchgeführten Schätzung beruht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1, 7 und 13 sowie eine Anordnung gemäß Patentanspruch 18 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung bilden die Gegenstände der jeweiligen Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Steuerung der Freisetzung einer Menge eines Abgasbestandteils aus der Vorrichtung vorgeschlagen, wobei der Abgasbestandteil in einer Emissionsbegrenzungsvorrichtung gespeichert ist, welche das durch eine Brennkraftmaschine erzeugte Abgas aufnimmt. Das Verfahren beinhaltet die Erzeugung eines ersten Abgasstromes durch die Vorrichtung während einer ersten Zeitdauer, wobei das Abgas fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis ist, beispielsweise durch Betreiben des Motors in einem angereicherten Betriebszustand, der sich durch ein Verhältnis von angesaugter Luft zu eingespritztem Kraftstoff auszeichnet, welches kleiner als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist. Das Verfahren umfasst ferner die Erfassung eines charakteristischen Merkmals des ersten Abgasstromes mittels eines geeigneten Sensors an einer Stelle innerhalb der Vorrichtung zwischen einem stromaufwärts angeordneten Bereich der Vorrichtung und einem stromabwärts angeordneten Bereich der Vorrichtung. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet darüber hinaus die Bestimmung der ersten Zeitdauer auf der Grundlage des erfassten charakteristischen Merkmals.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Sensor beispielsweise ein Sauerstoffsensor vom "schaltenden Typ" sein, dessen Ausgangssignal eine Sauerstoffkonzentration in dem durch die Vorrichtung strömenden Abgas repräsentiert. In der bevorzugten Ausführungsform wird ein fetter Betriebszustand eingestellt und daraufhin wird das fette Luft/Kraftstoffgemisch aufrecht erhalten, um gespeichertes Gas, wie beispielsweise gespeichertes NOx, aus der Vorrichtung zu spülen, bis das durch den Sauerstoffsensor erzeugte Ausgangssignal anzeigt, dass die Sauerstoffkonzentration an der Stelle des Sensors innerhalb der Vorrichtung unter einen vorbestimmten Referenzwert abgefallen ist, wodurch ein "Durchbruch" der verfügbaren Kohlenwasserstoffe zu der relativen Position des Sensors innerhalb der Vorrichtung angezeigt wird. An diesem Punkt ist der stromaufwärts angeordnete Bereich der Vorrichtung bereits nahezu vollständig von gespeichertem NOx gereinigt, während der relativ kleinere, stromabwärts des Sauerstoffsensors angeordnete Bereich der Vorrichtung weiterhin NOx quantitativ gespeichert hat.
  • Um gespeichertes Gas im Wesentlichen aus dem stromabwärts angeordneten Bereich der Vorrichtung zu spülen, beinhaltet das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise weiterhin die Berechnung einer ersten Kraftstoffmenge, die über die stöchiometrische Menge hinaus geht, welche erforderlich ist, um im Wesentlichen das gesamte gespeicherte, im stromabwärts angeordneten Bereich der Vorrichtung gespeicherte Gas auszuspülen. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet darüber hinaus vorzugsweise auch die Berechnung einer zweiten überschüssigem Kraftstoffmenge, die bereits in die Abgasanlage stromaufwärts der Vorrichtung eingeleitet wurde. Diese Berechnung erfolgt, weil zu dem Zeitpunkt, an dem das Ausgangssignal des mittig in der Vorrichtung angeordneten Sauerstoffsensors unter einen vorbestimmten Referenzwert abgefallen ist, bereits eine bestimmte Menge an fettem Abgas stromaufwärts der Vorrichtung in die Abgasanlage eingeleitet wurde. Dabei ist die Konzentration an überschüssigen Kohlenwasserstoffen im eingeleiteten Abgas eine Funktion der Motordrehzahl, der Last und des Luft/Kraftstoffverhältnisses während der Zeitdauer, die dem "Schalten" des Ausgangssignals des Sensors unmittelbar vorausgeht.
  • Das Verfahren beinhaltet darüber hinaus vorzugsweise das Subtrahieren der zweiten Menge an überschüssigem Kraftstoff von der ersten Menge an überschüssigem Kraftstoff, um eine zusätzliche Menge an überschüssigem Kraftstoff zu erhalten, und die Bestimmung eines zusätzlichen Zeitdauer, wenn der Betrieb mit einem fetten Luft/Kraftstoffverhältnis bei der aktuellen Motordrehzahl und Last erfolgt. Diese zusätzliche Zeitdauer ist erforderlich, um die zusätzliche Menge an überschüssigem Kraftstoff zur Verwendung beim Spülen des stromabwärts angeordneten Bereiches der Vorrichtung zur Verfügung zu stellen. Der fette Betriebszustand wird daher für eine vorbestimmte Zeitdauer nach Abfallen des Ausgangssignals des Sensors auf einen Wert unterhalb des Referenzwertes fortgesetzt, wobei die vorbestimmte Zeitdauer nicht länger als die vorbestimmte zusätzliche Zeitdauer ist, welche erforderlich ist, um die zusätzliche Menge an überschüssigem Kraftstoff zur Verfügung zu stellen.
  • Folglich erfordert das erfindungsgemäße Verfahren in vorteilhafter Weise lediglich eine Abschätzung der Menge an überschüssigem Kraftstoff, der für das Spülen des relativ kleinen stromabwärts gelegenen Bereiches der Vorrichtung erforderlich ist, und der Konzentration an überschüssigen Kohlenwasserstoffen, die während des fetten Betriebszustandes im Abgas vorliegen. Die Menge an zusätzlichem überschüssigem Kraftstoff, die zu einem ausreichenden Spülen des stromabwärts angeordneten Blocks (oder zu einem anderweitigen Entfernen einer gewünschten Menge an gespeichertem Gas aus dem stromabwärts angeordneten Block) erforderlich ist, wird ferner vorzugsweise durch sorgfältige Einstellung der Größe des stromabwärts angeordneten Blocks an die Menge des überschüssigen Kraftstoffes angepasst, welche bereits in die Abgasanlage stromaufwärts von der Vorrichtung zu der Zeit, zu der der mittig angeordnete Sauerstoffsensor schaltet, eingeleitet wurde. Dadurch kann die erforderliche zusätzliche Zeitdauer bei einem nominal fetten (Spül-)Luft/Kraftstoffgemisch und bei einer nominalen Motordrehzahl und Motorlast auf einen sehr kleinen Wert, vorzugsweise nahe null, reduziert werden. Durch eine derartige Optimierung wird es unwahrscheinlich, dass ein Fehler in der resultierenden Bestimmung der zusätzlichen Zeitdauer, die während eines gegebenen Spülvorganges erforderlich ist, um den stromabwärts angeordneten Bereich der Vorrichtung zu spülen, die mit der Erfindung verbundenen Vorteile wesentlich negativ beeinflussen kann. Insgesamt bewirkt die Erfindung daher in vorteilhafter Weise eine Reduzierung der HC-, CO- und NOx-Emissionen und eine signifikante Verbesserung der Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur beispielhaft näher erläutert. Es zeigt
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung zur Ausführung der Erfindung.
  • Fig. 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung 10 für einen mit Benzin betriebenen vierzylindrigen Motor 12 mit Direkteinspritzung und Funkenzündung für ein Kraftfahrzeug mit einer elektronischen Motorsteuerung 14, die einen Lesespeicher (ROM = read only memory), einen Arbeitsspeicher (RAM = random access memory) und einen Prozessor (CPU = central processing unit) aufweist. Die elektronische Motorsteuerung 14 steuert den Betrieb eines Satzes von Kraftstoffeinspritzelementen 16. Die Kraftstoffeinspritzelemente 16 sind von herkömmlicher Bauart und jeweils derart angeordnet, dass diese Kraftstoff in genauen, durch die Motorsteuerung 14 ermittelten Mengen in einen jeweiligen Zylinder 18 des Motors 12 einspritzen. Die elektronische Motorsteuerung 14 steuert in gleicher Weise die einzelnen Vorgänge (d. h. die Einstellung) des durch jeden Satz von Zündkerzen 20 auf bekannte Weise geleiteten Stroms.
  • Die elektronische Motorsteuerung 14 steuert ferner eine elektronische Drosselklappe 22, die den Luftmassenstrom in den Motor 12 reguliert. Ein am Lufteinlass des Ansaugrohrs 26 des Motors 12 angeordneter Luftmassenstromsensor 24 liefert ein Signal bezüglich des Luftmassenstroms, der sich aus der Stellung der Drosselklappe 22 des Motors 12 ergibt. Das Luftstromsignal des Luftmassenstromsensors 24 wird durch die Motorsteuerung 14 verwendet, um einen Wert für die Luftmasse zu berechnen, der eine Masse an Luft anzeigt, welche pro Zeiteinheit in die Einlasseinrichtung des Motors 12 strömt.
  • Ein erster Sauerstoffsensor 28, der mit dem Abgasrohr des Motors 12 gekoppelt ist, erfasst den Sauerstoffgehalt des durch den Motor 12 erzeugten Abgases und übermittelt ein entsprechendes Ausgangssignal an die Motorsteuerung 14. Der erste Sauerstoffsensor 28 liefert eine Rückmeldung zur verbesserten Steuerung des Luft/Kraftstoffverhältnisses des an den Motor 12 gelieferten Luft/Kraftstoffgemisches an die Motorsteuerung 14. Dies erfolgt insbesondere während des Betriebes des Motors 12 bei oder in der Nähe des stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnisses. Dieses Verhältnis kann beispielsweise (wie bei einer bereits existierenden Ausführungsform) bei ungefähr 14,65 liegen. Eine Vielzahl weiterer Sensoren, wie beispielsweise ein Drehzahlmesser und ein Motorlastsensor, welche in Fig. 1 allgemein mit der Bezugsziffer 30 versehen sind, erzeugen in bekannter Weise ferner zusätzliche Signale zur Verwendung durch die Motorsteuerung 14.
  • Eine Abgasanlage 32 transportiert durch die Verbrennung eines Luft/Kraftstoffgemisches in jedem Zylinder 18 erzeugtes Abgas durch ein Paar katalytischer Emissionsbegrenzungsvorrichtungen 34, 36, welche beide auf bekannte Weise die Menge der durch den Motor 12 erzeugten Abgasbestandteile reduzieren, die dann über das Abgasendrohr 38 abgeführt werden. Ein zweiter Sauerstoffsensor 40, der auch als schaltender HEGO- Sensor ausgebildet sein kann, ist in der Abgasanlage 32 zwischen der ersten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 34, die ein Dreiwegekatalysator ist, und der zweiten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 angeordnet.
  • Erfindungsgemäß ist ein dritter Sauerstoffsensor 42 innerhalb eines Spaltes 44 angeordnet, welcher innerhalb der zweiten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 zwischen zwei Medium-"Blöcken" (bricks) 46, 48 der Vorrichtung angeordnet ist. Insbesondere bildet der stromabwärts angeordnete Block 48 vorzugsweise einen relativ kleinen Anteil des gesamten Mediums innerhalb der zweiten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36. Zum Beispiel bildet bei einer bereits konstruierten Ausführungsform der stromabwärts angeordnete Block vorzugsweise nicht mehr als vielleicht ein Drittel des NOx-Speichermediums innerhalb der zweiten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36. Gemäß eines weiteren Merkmals der Erfindung kann der stromaufwärts angeordnete Block 46 vorzugsweise aus einem anderen NOx-Speichermaterial als der stromabwärts angeordnete Block 48 bestehen. Diese Maßnahme erfolgt im Hinblick auf die Tatsache, dass der stromaufwärts angeordnete Block 46 in der Regel geringfügig höheren Abgastemperaturen ausgesetzt ist als der stromabwärts angeordnete Block 48.
  • Bei der Vorbereitung eines Spülvorganges stellt die Motorsteuerung 14 im Betrieb das Ausgangssignal des Kraftstoffeinspritzelementes 16 ein, um ein fettes (Spül-)Luft/Kraftstoffverhältnis einzustellen. Während jedes nachfolgenden Durchlaufes der Hintergrundschleife vergleicht die Motorsteuerung 14 die Sauerstoffkonzentration im Abgas mit einem vorbestimmten Referenzwert. Wenn die Motorsteuerung 14 bestimmt, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas in der Mitte der Vorrichtung auf einen Wert unterhalb des vorbestimmten Referenzwertes abgefallen ist, aktualisiert die Motorsteuerung 14 einen gespeicherten Wert ADTL_PRG_TMR, der eine Zeitdauer repräsentiert, nach der der inmitten der Vorrichtung angeordnete Sauerstoffsensor 42 "geschaltet" hat, für die der fette Betriebszustand fortgesetzt wurde. In der Zwischenzeit hat die Motorsteuerung 14 weiterhin einen Wert ADTL_PRG_TIM bestimmt, der eine zusätzliche Zeitdauer repräsentiert, während der der fette Betriebszustand fortgesetzt werden muss, um gespeichertes NOx aus dem stromabwärts angeordneten Block 48 der zweiten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 zu spülen, nachdem der inmitten der Vorrichtung angeordnete Sauerstoffsensor 42 "geschaltet" hat.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform berechnet die Motorsteuerung 14 insbesondere eine Kraftstoffmenge XSF_NEC, die über die stöchiometrische Menge hinaus geht, welche erforderlich ist, um im Wesentlichen das gesamte verbleibende NOx aus dem stromabwärts angeordneten Block 48 zu spülen (die Menge an verbleibendem NOx wurde beispielsweise auf bekannte Weise während des vorhergehenden Füllvorganges abgeschätzt), wenn die Bestimmung des zusätzlichen Zeitwertes ADTL_PRG_TIM erfolgt. Die Motorsteuerung 14 berechnet ebenfalls eine Menge XSF_INTRO an überschüssigem Kraftstoff, der bereits in die Abgasanlage 32 stromaufwärts der zweiten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 eingeleitet wurde, als Funktion des fetten Luft/Kraftstoffverhältnisses und geeigneter Werte für die Motordrehzahl und Motorlast bezogen auf einen Zeitraum, welcher dem "Schalten" des Ausgangssignals des Sauerstoffsensors 42 unmittelbar vorangeht.
  • Die Motorsteuerung 14 subtrahiert dann die Menge des eingeleiteten überschüssigen Kraftstoffs XSF_INTRO von der erforderlichen Menge an überschüssigem Kraftstoff XSF_NEC, um eine zusätzliche Menge an überschüssigem Kraftstoff XSF_ADTL zu erhalten. Ein fortgesetzter Betrieb des Motors in dem fetten Betriebszustand liefert eine Konzentration an überschüssigen Kohlenwasserstoffen in Abhängigkeit von dem fetten Luft/Kraftstoffverhältnis und der aktuellen Motordrehzahl und Last. Daher ist die zusätzliche Zeitdauer ADTL_PRG_TIM, für die der fette Betriebszustand ausgedehnt werden muss, nachdem der inmitten der Vorrichtung angeordnete Sauerstoffsensor 42 "schaltet", gleich der zusätzlichen Menge an überschüssigem Kraftstoff XSF_ADTL, geteilt durch einen berechneten Wert, der die aktuelle Konzentration an überschüssigen Kohlenwasserstoffen in dem durch die zweite Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 strömenden Abgas repräsentiert.
  • Die Motorsteuerung 14 vergleicht dann den aktualisierten Wert ADTL_PRG_TMR mit der bestimmten zusätzlichen Zeitdauer ADTL_PRG_TIM. Wenn die Motorsteuerung 14 ermittelt, dass der aktualisierte Wert ADTL_PRG_TMR kürzer als die bestimmte zusätzliche Zeitdauer ADTL_PRG_TIM ist, wird ein erneuter Durchlauf der Steuerschleife eingeleitet, um den fetten Betriebszustand zum Ausspülen des zusätzlich gespeicherten NOX aus dem stromabwärts angeordneten Block 48 der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 fortzusetzen. Auf diese Weise wird der fette Betriebszustand für die bestimmte zusätzliche Zeitdauer ADTL_PRG_TIM fortgesetzt, nachdem das Ausgangssignal des inmitten der Vorrichtung angeordneten Sauerstoffsensors 42 unter den Referenzwert abgefallen ist. Wenn die Motorsteuerung 14 bestimmt, dass der aktualisierte Wert ADTL_PRG_TMR gleich oder größer als die bestimmte zusätzliche Zeitdauer ADTL_PRG_TIM ist, dann wählt die Motorsteuerung 14 den fetten Betriebszustand zugunsten eines normalen Betriebszustandes ab. Der normale Betriebszustand zeichnet sich dabei durch eine Verbrennung entweder mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffgemisch oder - besonders bevorzugt - mit einem mageren Luft/Kraftstoffgemisch aus.
  • Aus der vorhergehenden Beschreibung ergibt sich, dass die stromaufwärts und stromabwärts angeordneten Blöcke 46, 48 vorzugsweise derart dimensioniert werden, dass die über die stöchiometrische Menge hinausgehende Kraftstoffmenge, die stromaufwärts von der zweiten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 in der Abgasanlage 32 vorliegt, wenn der inmitten der Vorrichtung angeordnete Sauerstoffsensor 42 "schaltet", ausreichend ist, um nahezu das gesamte, im stromabwärts angeordneten Block 48 gespeicherte NOx auszuspülen. Auf diese Weise kann die bestimmte zusätzliche Zeitdauer ADTL_PRG_TIM auf einen Wert nahe null reduziert werden, wodurch der Steuerablauf für die beispielhaft dargestellte Anordnung 10 vereinfacht wird. Darüber hinaus reduziert eine derartige Minimierung der bestimmten zusätzlichen Zeitdauer ADTL_PRG_TIM in vorteilhafter Weise Fehler, die auftreten können, wenn die Menge des zuvor im stromabwärts angeordneten Block 48 gespeicherten NOx abgeschätzt wird. Hierdurch wird die Genauigkeit der Einstellung des resultierenden Spülvorganges weiter verbessert.
  • Die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung zeigen bzw. beschreiben nicht sämtliche möglichen Ausgestaltungen der Erfindung, so dass diese nicht als einschränkend aufzufassen sind. Obwohl die beispielhaft dargestellte Einrichtung zur Behandlung von Abgasen ein Paar von schaltenden HEGO-Sensoren aufweist, soll die Erfindung beispielsweise auch die Verwendung anderer geeigneter Sensoren zur Erzeugung eines die Sauerstoffkonzentration im Abgasrohr und am Ausgang der ersten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 34 anzeigenden Signals umfassen, wobei beispielsweise neben Sensoren vom EGO-Typ (EGO = exhaust gas oxygen) auch Sensoren vom linearen Typ, wie beispielsweise UEGO-Sensoren (UEGO = universal exhaust gas oxygen) Anwendung finden können. Bezugszeichenliste 10 Anordnung
    12 Motor
    14 Elektronische Motorsteuerung
    16 Kraftstoffeinspritzelemente
    18 Zylinder
    20 Zündkerzen
    22 Drosselklappe
    24 Luftmassenstromsensor
    26 Ansaugrohr
    28 Sauerstoffsensor
    30 Sensoren
    32 Abgasanlage
    34 Emissionsbegrenzungsvorrichtung
    36 Emissionsbegrenzungsvorrichtung
    38 Abgasendrohr
    40 Sauerstoffsensor
    42 Sauerstoffsensor
    44 Spalt
    46 Medium-Block
    48 Medium-Block

Claims (21)

1. Verfahren zum Freisetzen einer Menge eines Abgasbestandteils, der in einer Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) gespeichert ist, aus der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36), welche das durch eine Brennkraftmaschine erzeugte Abgas aufnimmt, gekennzeichnet durch die Schritte:
Erzeugen eines ersten Flusses des Abgases durch die Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) während einer ersten Zeitdauer, wobei das Abgas fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis ist,
Erfassen eines charakteristischen Merkmals des ersten Flusses des Abgases an einer Stelle innerhalb der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) zwischen einem stromaufwärts angeordneten Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) und einem stromabwärts angeordneten Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) und
Bestimmen der ersten Zeitdauer auf der Grundlage des erfassten charakteristischen Merkmals.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Erzeugung des ersten Flusses des Abgases den Betrieb des Motors (12) in einem fetten Betriebszustand umfasst, welcher durch ein Verhältnis von eingespritztem Kraftstoff zu angesaugter Luft charakterisiert ist, das größer als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Schritte:
Berechnen einer über die stöchiometrische Menge hinausgehenden Kraftstoffmenge, die zum Ausspülen einer vorbestimmten Menge an gespeicherten Bestandteilen aus dem stromabwärts angeordneten Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) erforderlich ist, und
Bestimmen einer zusätzlichen Zeitdauer, die erforderlich ist, um die zusätzliche über die stöchiometrische Menge hinausgehende Kraftstoffmenge zur Verfügung zu stellen, wenn der erste Fluss des Abgases erzeugt wird,
wobei die erste Zeitdauer auf der Grundlage der zusätzlichen Zeitdauer bestimmt wird.
4. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitdauer eine zweite Zeitdauer nach dem Abfallen des erfassten charakteristischen Merkmals unter einen Referenzwert beinhaltet, wobei die zweite Zeitdauer nicht länger als die bestimmte zusätzliche Zeitdauer ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der Berechnung der Menge an überschüssigem Kraftstoff die Bestimmung einer Kraftstoffmenge beinhaltet, welche in die Abgasanlage (32) stromaufwärts der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) eingeleitet wurde, wenn das erfasste charakteristische Merkmal unter einen Referenzwert abfällt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Merkmal eine Sauerstoffkonzentration im Primärfluss (first flow) des Abgases darstellt.
7. Verfahren zum Ausspülen einer Menge von in einer Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) gespeichertem NOx aus der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36), welche durch eine Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas aufnimmt, das NOx enthält, wobei die Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) einen stromaufwärts angeordneten Bereich und einen stromabwärts angeordneten Bereich aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Betrieb des Motors (12) mit einem Luft/Kraftstoffgemisch für eine erste Zeitdauer, wobei das Luft/Kraftstoffgemisch fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist, und
gleichzeitiges Erfassen einer Sauerstoffkonzentration im Abgas an einer ersten Stelle innerhalb der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36), welche sich zwischen dem stromaufwärts angeordneten Bereich und dem stromabwärts angeordneten Bereich befindet,
wobei die erste Zeitdauer auf der Grundlage der erfassten Konzentration bestimmt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch die Schritte:
Berechnen einer zusätzlichen, über eine stöchiometrische Menge hinausgehenden Kraftstoffmenge, welche lediglich zum Ausspülen der Menge an NOx erforderlich ist, die im stromabwärts angeordneten Bereich des Materials der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) gespeichert ist, und
Bestimmen einer zusätzlichen Zeitdauer, die erforderlich ist, um die zusätzliche, über die stöchiometrische Menge hinausgehende Kraftstoffmenge zur Verfügung zu stellen, wenn der Motor (12) mit einem fetten Luft/Kraftstoffgemisch betrieben wird,
wobei die erste Zeitdauer auf der Grundlage der zusätzlichen Zeitdauer bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zeitdauer eine zweite Zeitdauer nach dem Abfallen der erfassten Konzentration unter einen Referenzwert beinhaltet, wobei die zweite Zeitdauer nicht länger ist als die bestimmte zusätzliche Zeitdauer.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Berechnens einer zusätzlichen Kraftstoffmenge die Bestimmung einer Kraftstoffmenge beinhaltet, welche in die Abgasreinigungsanlage stromaufwärts der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) eingeleitet wurde, wenn die erfasste Konzentration unter einen Referenzwert fällt.
11. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens der Sauerstoffkonzentration im Abgas die Erzeugung eines Ausgangssignals mittels eines Sauerstoffsensors (42) beinhaltet, welcher an einer ersten Stelle in der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) angeordnet ist.
12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der stromaufwärts angeordnete Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) aus einem ersten Speichermaterial für NOx besteht, und der stromabwärts angeordnete Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) aus einem zweiten Speichermaterial für NOx besteht.
13. Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, bei dem der Motor (12) in einer Vielzahl von Betriebszuständen arbeitet, die durch die Verbrennung in einem Bereich von Luft/Kraftstoffgemischen unter Erzeugung von Abgas charakterisiert sind, wobei das Abgas zur Speicherung eines Bestandteiles des Abgases durch eine Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) strömt, wenn das Abgas magerer als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist, und wobei das Abgas zum Freisetzen des gespeicherten Bestandteils durch die Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) strömt, wenn das Abgas fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist, gekennzeichnet durch die Schritte:
Auswählen eines ersten Betriebszustandes, welcher durch die Verbrennung eines ersten Luft/Kraftstoffgemisches charakterisiert ist, welches magerer als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis ist, für eine erste Zeitdauer, die ausreichend ist, um eine signifikante Menge des Bestandteils sowohl in einem stromaufwärts angeordneten Bereich der Emissionsteuervorrichtung (36) als auch in einem stromabwärts angeordneten Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) zu speichern bzw. anzusammeln,
Auswählen eines zweiten Betriebszustandes, welcher durch die Verbrennung eines zweiten Luft/Kraftstoffgemisches charakterisiert ist, welches fetter als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist,
Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem durch die Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) strömenden Abgas während des zweiten Betriebszustandes an einer ersten Stelle innerhalb der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36), die sich zwischen dem stromaufwärts angeordneten Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) und dem stromabwärts angeordneten Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) befindet, und
Abwählen des zweiten Betriebszustandes auf der Grundlage eines Vergleichs der erfassten Konzentration mit einem Referenzwert.
14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch die Schritte:
Berechnung einer zusätzlichen, über eine stöchiometrische Menge hinausgehenden Kraftstoffmenge, welche erforderlich ist, um lediglich die Menge an NOx auszuspülen, die in dem stromabwärts angeordneten Bereich des Materials der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) gespeichert ist, und
Bestimmen einer zusätzlichen Zeitdauer, die erforderlich ist, um die über die stöchiometrische Menge hinausgehende zusätzliche Kraftstoffmenge zur Verfügung zu stellen, wenn der Motor (12) mit dem zweiten Luft/Kraftstoffgemisch betrieben wird,
wobei das Abwählen nach Ablauf einer zweiten Zeitdauer nach Abfallen der erfassten Konzentration unter einen Referenzwert erfolgt, wobei die zweite Zeitdauer nicht länger als die bestimmte zusätzliche Zeitdauer ist.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Berechnens einer zusätzlichen Kraftstoffmenge die Bestimmung einer Kraftstoffmenge beinhaltet, welche in die Abgasanlage (32) stromaufwärts der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) eingeleitet wurde, wenn die erfasste Konzentration unter einen Referenzwert fällt.
16. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an NOx abgeschätzt wird, die in dem stromabwärts angeordneten Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) während des ersten Betriebszustandes gespeichert wurde.
17. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens der Sauerstoffkonzentration im Abgas die Erzeugung eines Ausgangsignals mit einem Sauerstoffsensor (42) beinhaltet, welcher an einer ersten Stelle in der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) angeordnet ist.
18. Anordnung (10) zur Steuerung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, bei der der Motor (12) in einer Vielzahl von Betriebszuständen arbeitet, die durch die Verbrennung in einem Bereich von Luft/Kraftstoffgemischen unter Erzeugung von Abgas charakterisiert sind, wobei das Abgas zur Speicherung eines Bestandteiles des Abgases durch eine Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) strömt, wenn das Abgas magerer als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist, und wobei das Abgas zum Freisetzen des gespeicherten Bestandteils durch die Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) strömt, wenn das Abgas fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist, gekennzeichnet durch:
eine Motorsteuerung (14) mit einem Mikroprozessor, welche zum Auswählen eines ersten Betriebszustandes ausgebildet ist, der durch die Verbrennung eines ersten Luft/Kraftstoffgemisches charakterisiert ist, das magerer als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis ist, für eine erste Zeitdauer, die ausreichend ist, um eine signifikante Menge des Bestandteils sowohl in einem stromaufwärts angeordneten Bereich des Materials der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) als auch in einem stromabwärts angeordneten Bereich des Materials der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) zu speichern,
wobei die Motorsteuerung (14) ferner dahingehend ausgebildet ist, einen zweiten Betriebszustand auszuwählen, welcher durch die Verbrennung eines zweiten Luft/Kraftstoffgemisches charakterisiert ist, welches fetter als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist, und
wobei die Motorsteuerung (14) darüber hinaus dahingehend ausgebildet ist, den zweiten Betriebszustand auf der Grundlage eines erfassten charakteristischen Merkmals des durch die Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) strömenden Abgases an einer ersten Stelle wieder abzuwählen, welche sich zwischen einem stromaufwärts angeordneten Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) und einem stromabwärts angeordneten Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) befindet.
19. Anordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste charakteristische Merkmal eine Sauerstoffkonzentration ist, und dass die Motorsteuerung (14) ferner dahingehend ausgebildet ist, zu ermitteln, wann die erfasste Sauerstoffkonzentration unter einen vorbestimmten Referenzwert fällt.
20. Anordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (14) ferner dahingehend ausgebildet ist, eine zusätzliche, über eine stöchiometrische Menge hinausgehende Kraftstoffmenge zu berechnen, die erforderlich ist, um lediglich eine Menge an NOx auszuspülen, die im stromabwärts angeordneten Bereich des Materials der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) gespeichert ist,
dass die Motorsteuerung (14) ferner dahingehend ausgebildet ist, eine zusätzliche Zeitdauer zu bestimmen, die erforderlich ist, um die über die stöchiometrische Menge hinausgehende zusätzliche Kraftstoffmenge zur Verfügung zu stellen, wenn der Motor (12) mit dem zweiten Luft/- Kraftstoffgemisch betrieben wird, und
die Motorsteuerung (14) darüber hinaus dahingehend ausgebildet ist, das Abwählen des zweiten Betriebszustandes für eine zweite Zeitdauer nach dem Abfallen der erfassten Sauerstoffkonzentration unter einen Referenzwert zu verzögern, wobei die zweite Zeitdauer nicht länger als die bestimmte zusätzliche Zeitdauer ist.
21. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasbestandteil NOx ist, und dass die Motorsteuerung (14) ferner dahingehend ausgebildet ist, die Menge an NOx abzuschätzen, die im stromabwärts angeordneten Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) während des ersten Betriebszustandes gespeichert wurde.
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