DE10224599B4 - Verfahren und Anordnung zur Behandlung der Abgase eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

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Abstract

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 einer ersten Abgasströmung durch die Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) während einer ersten Zeitdauer, wobei das Abgas fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist;
Erfassen eines charakteristischen Merkmals der ersten Abgasströmung an einer Position (42) innerhalb der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) zwischen einem stromaufwärtigen Bereich (46) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) und einem stromabwärtigen Bereich (48) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36); und
Bestimmen der ersten Zeitdauer auf Basis des erfassten charakteristischen Merkmals.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Behandlung der Abgase eines Kraftfahrzeugs, 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 Abgasbestandteile 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 Kraftfahrzeug zu erreichen.
  • Bei Kraftfahrzeug-Abgasbehandlungsanlagen 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 bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis 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 einen 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 Betriebszustände des Kraftfahrzeugs. 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 Basis der abgeschätzten, gespeicherten Menge ermittelte Spülzeit ebenso anfällig für Fehler.
  • US 5 088 281 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Degenerierung eines Drei-Wege-Katalysators, wobei unter Verwendung eines stromaufwärts des Drei-Wege-Katalysators angeordneten O2-Sensors und eines stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators angeordneten O2-Sensors die Gesamtmenge an in dem Drei-Wege-Katalysator gespeichertem Sauerstoff abgeschätzt und mit einer vorbestimmten Menge verglichen wird, und wobei auf eine Degenerierung des Drei-Wege-Katalysators geschlussfolgert wird, wenn die Menge an in dem Drei-Wege-Katalysator gespeicherten Sauerstoff die vorbestimmte Menge unterschreitet.
  • US 5 009 210 offenbart eine Regelvorrichtung zur Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses für einen Magermotor mit Verwendung eines Drei-Wege-Katalysators, wobei durch die Regelvorrichtung der Sollwert für das Luft/Kraftstoffverhältnis entsprechend den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine variiert wird. Dabei ist der Sollwert während des stationären Betriebs überstöchiometrisch und wird bei bestimmten Übergangszuständen im Betrieb der Brennkraftmaschi ne auf einen für die Wirkung des Drei-Wege-Katalysators optimalen Wert verringert.
  • US 4 964 272 offenbart eine Regelvorrichtung zur Regelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses unter Verwendung eines stromaufwärts eines Drei-Wege-Katalysators angeordneten O2-Sensorsund eines stromabwärts des Drei-Wege-Katalysators angeordneten O2-Sensors, wobei das Luft/Kraftstoffverhältnis gemäß dem Ausgangssignal dieser Sensoren geändert wird und wobei die Geschwindigkeit dieser Änderung für eine bestimmte Zeitdauer erhöht wird.
  • US 4 677 955 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Unterscheidung des Inbetriebszustandes und des Ausserbetriebszustandes eines Sensors zur Bestimmung des Luft/Kraftstoffverhältnisses, wobei die Differenz eines Ausgangssignals dieses Sensors von einem Referenzwert über ein vorbestimmtes Zeitintervall aufintegriert und dieser aufintegrierte Wert mit einem Unterscheidungsreferenzwert verglichen wird, und wobei eine Rückkopplungsregelung des Luft/Kraftstoffverhältnisses durch den Sensor deaktiviert wird, wenn ein Nichterreichen des Unterscheidungsreferenzwertes auf einen Außerbetriebszustand des Sensors hinweist.
  • DE 196 07 151 C1 offenbart ein Verfahren zur Regeneration eines NOx-Speicherkatalysators, bei dem eine NOx-Speicherphase gestartet wird, wenn der NOx-Speicherkatalysator mehr als eine vorgegebene Grenzmenge an NOx-Verbindungen ausstößt, wobei der NOx-Ausstoß in Abhängigkeit von der Last, der Drehzahl und weiteren Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine anhand mindestens eines Kennfeldes berechnet wird.
  • EP 0 351 197 A2 offenbart ein Verfahren zur verbesserten Abgasregelung in einem Magermixmotor, wobei in Beschleunigungsphasen ein vorübergehender angereicherter Betrieb mit reduziertem Luft/Kraftstoffverhältnis veranlasst wird.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Anordnung zum Freisetzen einer Menge eines Abgasbestandteils, der in einer Emissionsbegrenzungsvorrichtung gespeichert ist, zu schaffen, welches bzw. welche nicht ausschließlich auf einer während einer Füllung der Vorrichtung durchgeführten Schätzung beruht.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 sowie die Anordnung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 12 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Erfindungsgemäß weist ein Verfahren zum Freisetzen einer Menge eines Abgasbestandteils, der in einer Emissionsbegrenzungsvorrichtung gespeichert ist, aus der Emissionsbegrenzungsvorrichtung, welche das durch eine Brennkraftmaschine erzeugte Abgas aufnimmt, folgende Schritte auf:
    • – Erzeugen einer ersten Abgasströmung durch die Emissionsbegrenzungsvorrichtung während einer ersten Zeitdauer, wobei das Abgas fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist;
    • – Erfassen eines charakteristischen Merkmals der ersten Abgasströmung an einer Position innerhalb der Emissionsbegrenzungsvorrichtung zwischen einem stromaufwärtigen Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung und einem stromabwärtigen Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung; und
    • – Bestimmen der ersten Zeitdauer auf Basis 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 Emissionsbegrenzungsvorrichtung 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 Emissionsbegrenzungsvorrichtung unter einen vorbestimmten Referenzwert abgefallen ist, wodurch ein "Durchbruch" der verfügbaren Kohlenwasserstoffe zu der relativen Position des Sensors innerhalb der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 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 stromabwärtigen Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung zu spulen, 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 stromabwärtigen Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung gespei cherte Gas auszuspülen. Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet darüber hinaus vorzugsweise auch die Berechnung einer zweiten überschüssigem Kraftstoffmenge, die bereits in die Abgasanlage stromaufwärts der Emissionsbegrenzungsvorrichtung eingeleitet wurde. Diese Berechnung erfolgt, weil zu dem Zeitpunkt, an dem das Ausgangssignal des mittig in der Emissionsbegrenzungsvorrichtung angeordneten Sauerstoffsensors unter einen vorbestimmten Referenzwert abgefallen ist, bereits eine bestimmte Menge an fettem Abgas stromaufwärts der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 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 einer 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 stromabwärtigen Bereiches der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 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 stromabwärtigen Bereiches der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 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 stromabwärtigen Blocks (oder zu einem anderweitigen Entfernen einer gewünschten Menge an gespeichertem Gas aus dem stromabwärtigen Block) erforderlich ist, wird ferner vorzugsweise durch sorgfältige Einstellung der Größe des stromabwärtigen Blocks an die Menge des überschüssigen Kraftstoffes angepasst, welche bereits in die Abgasanlage stromaufwärts von der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 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 stromabwärtigen Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 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 Kraftfahrzeugs.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur beispielhaft näher erläutert. Es zeigt:
  • 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Anordnung zur Ausführung der Erfindung.
  • 1 zeigt eine beispielhafte Anordnung 10 für eine mit Benzin betriebene vierzylindrigen Brennkraftmaschine 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 jeweils einen Zylinder 18 der Brennkraftmaschine 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 die Brennkraftmaschine 12 reguliert. Ein am Lufteinlass des Ansaugrohrs 26 der Brennkraftmaschine 12 angeordneter Luftmassenstromsensor 24 liefert ein Signal bezüglich des Luftmassenstroms, der sich aus der Stellung der Drosselklappe 22 der Brennkraftmaschine 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 der Brennkraftmaschine 12 strömt.
  • Ein erster Sauerstoffsensor 28, der mit dem Abgasrohr der Brennkraftmaschine 12 gekoppelt ist, erfasst den Sauerstoff gehalt des durch die Brennkraftmaschine 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 die Brennkraftmaschine 12 gelieferten Luft/Kraftstoffgemisches an die Motorsteuerung 14. Dies erfolgt insbesondere während des Betriebes der Brennkraftmaschine 12 bei dem 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 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 die Brennkraftmaschine 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 Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 angeordnet ist. Insbesondere bildet der stro mabwärtige Block 48 vorzugsweise einen relativ kleinen Anteil des gesamten Mediums innerhalb der zweiten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36. Zum Beispiel bildet bei einer bereits konstruierten Ausführungsform der stromabwärtige Block 48 vorzugsweise nicht mehr als etwa ein Drittel des NOx-Speichermediums innerhalb der zweiten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36. Gemäß eines weiteren Merkmals der Erfindung kann der stromaufwärtige Block 46 vorzugsweise aus einem anderen NOx-Speichermaterial als der stromabwärtige Block 48 bestehen. Diese Maßnahme erfolgt im Hinblick auf die Tatsache, dass der stromaufwärtige Block 46 in der Regel geringfügig höheren Abgastemperaturen ausgesetzt ist als der stromabwärtige 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 Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 auf einen Wert unterhalb des vorbestimmten Referenzwertes abgefallen ist, aktualisiert die Motorsteuerung 14 einen gespeicherten Wert ADTL_PRG_TMR, der eine Zeitdauer repräsentiert, für die der fette Betriebszustand nach dem Schalten des inmitten der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 angeordneten Sauerstoffsensors 42 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 nach dem Schalten des inmitten der Vorrichtung angeordneten Sauerstoffsensors 42 fortgesetzt werden muss, um gespeichertes NOx aus dem stro mabwärtigen Block 48 der zweiten Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 zu spülen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform berechnet die Motorsteuerung 14 insbesondere eine Kraftstoffmenge XSF_NEC, die über die Kraftstoffmenge bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis hinaus geht, welche erforderlich ist, um im Wesentlichen das gesamte verbleibende NOx aus dem stromabwärtigen 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 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 der Brennkraftmaschine 12 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 Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 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 stromabwärtigen 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 Emissionsbegrenzungsvorrichtung 36 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 der stromaufwärtige Block 46 und der stromabwärtige Block 48 vorzugsweise derart dimensioniert werden, dass die über die Kraftstoffmenge bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis 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 stromabwärtigen 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 stromabwärtigen 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.
    • 10
    Anordnung
    12
    Brennkraftmaschine
    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
    Block
    48
    Block

Claims (15)

  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 einer ersten Abgasströmung durch die Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) während einer ersten Zeitdauer, wobei das Abgas fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist; Erfassen eines charakteristischen Merkmals der ersten Abgasströmung an einer Position (42) innerhalb der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) zwischen einem stromaufwärtigen Bereich (46) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) und einem stromabwärtigen Bereich (48) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36); und Bestimmen der ersten Zeitdauer auf Basis des erfassten charakteristischen Merkmals.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erzeugens der ersten Abgasströmung das Betreiben der Brennkraftmaschine (12) in einem fetten Betriebszustand umfasst, welcher durch ein Verhältnis von angesaugter Luft zu eingespritztem Kraftstoff charakteri siert ist, das kleiner als das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Schritte: Berechnen einer über die Kraftstoffmenge bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis hinausgehenden Kraftstoffmenge, die zum Ausspülen einer vorbestimmten Menge an gespeicherten Abgasbestandteilen aus dem stromabwärtigen Bereich der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) erforderlich ist; und Bestimmen einer zusätzlichen Zeitdauer, die erforderlich ist, um die zusätzliche über das stöchiometrische Luft/Kraftstoffverhältnis hinausgehende Kraftstoffmenge zur Verfügung zu stellen, wenn die erste Abgasströmung erzeugt wird; wobei die erste Zeitdauer auf Basis der zusätzlichen Zeitdauer bestimmt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 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 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Berechnens der über die Kraftstoffmenge bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis hi nausgehenden Kraftstoffmenge die Bestimmung einer Kraftstoffmenge beinhaltet, welche in die Abgasanlage (32) stromaufwärts der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) eingeleitet worden ist, wenn das erfasste charakteristische Merkmal unter den Referenzwert abfällt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste charakteristische Merkmal eine Sauerstoffkonzentration in der ersten Abgasströmung darstellt.
  7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Erfassens des charakteristischen Merkmals in der ersten Abgasströmung die Erzeugung eines Ausgangssignals mittels eines Sauerstoffsensors (42) beinhaltet, welcher an einer ersten Position in der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) angeordnet ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Abgasbestandteil in der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) gespeichertes NOx freigesetzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der stromaufwärts angeordnete Bereich (46) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) aus einem ersten Speichermaterial für NOx besteht, und der stromabwärts angeordnete Bereich (48) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) aus einem zweiten Speichermaterial für NOx besteht.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei der Abgasbestandteil in der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) gespeichert wird, wenn das Abgas magerer als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist, und wobei der Abgasbestandteil freigesetzt wird, wenn das Abgas fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist, und wobei das Verfahren ferner durch die Schritte gekennzeichnet ist: Auswählen eines ersten Betriebszustandes, welcher durch die Verbrennung eines ersten Luft/Kraftstoffgemisches charakterisiert ist, welches magerer als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist, für eine erste Zeitdauer, die ausreichend ist, um eine signifikante Menge des Abgasestandteils sowohl in dem stromaufwärtigen Bereich (46) der Emissionsteuervorrichtung (36) als auch in dem stromabwärtigen Bereich (48) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) zu speichern; Auswählen eines zweiten Betriebszustandes, welcher durch die Verbrennung eines zweiten Luft/Kraftstoffgemisches charakterisiert ist, welches fetter als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist; Erfassen einer Sauerstoffkonzentration in dem durch die Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) strömenden Abgas während des zweiten Betriebszustandes an einer ersten Position innerhalb der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36), die sich zwischen dem stromaufwärtigen Bereich (46) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) und dem stromabwärtigen Bereich (48) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) befindet; und Abwählen des zweiten Betriebszustandes auf der Grundlage eines Vergleichs der erfassten Sauerstoffkonzentration mit einem Referenzwert.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an NOx abgeschätzt wird, die in dem stromabwärtigen Bereich (48) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) während des ersten Betriebszustandes gespeichert wurde.
  12. Anordnung (10) zur Steuerung des Betriebs einer Brennkraftmaschine, bei der die Brennkraftmaschine (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 Abgasbestandteils durch eine Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) strömt, wenn das Abgas magerer als ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist, und wobei das Abgas zum Freisetzen des gespeicherten Abgasbestandteils 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/Kraftstoffgemisch ist, für eine erste Zeitdauer, die ausreichend ist, um eine signifikante Menge des Abgasbestandteils sowohl in einem stromaufwärtigen Bereich (46) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) als auch in einem stromabwärtigen Bereich (48) 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 ein stöchiometrisches Luft/Kraftstoffgemisch ist; und wobei die Motorsteuerung (14) darüber hinaus dahingehend ausgebildet ist, den zweiten Betriebszustand auf der Grundlage eines an einer ersten Position erfassten charakteristischen Merkmals des durch die Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) strömenden Abgases wieder abzuwählen, wobei sich die erste Position zwischen dem stromaufwärtigen Bereich (46) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) und dem stromabwärtigen Bereich (48) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) befindet.
  13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste charakteristische Merkmal die Sauerstoffkonzentration ist, und dass die Motorsteuerung (14) ferner dahingehend ausgebildet ist, zu ermitteln, wann die erfasste Sauerstoffkonzentration unter einen vorbestimmten Referenzwert fällt.
  14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorsteuerung (14) ferner dahingehend ausgebildet ist, eine zusätzliche, über die Kraftstoffmenge bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis hinausgehende Kraftstoffmenge zu berechnen, die erforderlich ist, um lediglich die Menge an NOx auszuspülen, die in dem stromabwärtigen Bereich (48) 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 Kraftstoffmenge bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoffverhältnis hinausgehende zusätzliche Kraftstoffmenge zur Verfügung zu stellen, wenn die Brennkraftmaschine (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.
  15. Anordnung nach mindestens einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasbestandteil NOx ist, und dass die Motorsteuerung (14) ferner dahingehend ausgebildet ist, die Menge an NOx abzuschätzen, die im stromabwärtigen Bereich (48) der Emissionsbegrenzungsvorrichtung (36) während des ersten Betriebszustandes gespeichert wurde.
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