DE10222591B4 - Verfahren und System zur Schätzung der Leistungsfähigkeit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Überwachung der Leistungsfähigkeit einer im Abgasweg eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72), hinter der im Abgasweg ein Fühler (140) liegt, mit folgenden Schritten:
Betreiben des Motors mit einer gegenüber dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis mageren Luft/Kraftstoffmischung; Erfassen, dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) mehr als eine vorbestimmte Menge einer Abgaskomponente gespeichert hat, beruhend auf einem Ausgangssignal des Fühlers (140);
in Reaktion auf die Erfassung Umschalten des Motorbetriebs zu einem gegenüber dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis angereicherten Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis, um die in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) gespeicherten Abgaskomponenten freizusetzen; und
Berechnen der Menge der in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) gespeicherten Abgaskomponenten basierend auf der zur vollständigen Freisetzung der gespeicherten Abgaskomponenten benötigten Kraftstoffmenge.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Überwachung der Leistungsfähigkeit einer im Abgasweg eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung und kann insbesondere zur Abschätzung der Speicherkapazität eines stromabwärts eines Verbrennungsmotors mit innerer Verbrennung liegenden Mager-NOx-Auffangbehälters verwendet werden.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Verbrennungsmotoren mit innerer Verbrennung sind typischerweise mit einer Abgasregelvorrichtung verbunden, die als Dreiwegekatalysator (TWC) bekannt ist, der zur Verringerung von Bestandteilen im Abgas, wie z.B. von Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC) und Stickoxid (NOx) gestaltet ist. Motoren lassen sich mit einer Luft/Kraftstoffmischung betreiben, deren Mischungsverhältnis auf der mageren Seite des stöchiometrischen Verhältnisses liegt, um so den Kraftstoffverbrauch zu senken. Für den Magermotorbetrieb ist gewöhnlich stromabwärts eines weiter oben im Abgasstrom liegenden Katalysators ein zusätzlicher Dreiwegekatalysator vorgesehen, der allgemein als Mager-NOx-Auffangbehälter (LNT) bezeichnet wird. Dieser LNT lagert Abgasbestandteile, wie Sauerstoff und NOx während des Magerbetriebs ein. Nach der Füllung des LNT werden die eingelagerten Abgaskomponenten üblicherweise durch Umschaltung auf einen angereicherten oder stöchiometrischen Motorbetrieb, d.h. durch Erhöhung des Verhältnisses Kraftstoff zu Luft reduziert und ausgespült.
  • Mit der Zeit kann die Leistungsfähigkeit der Katalysatoren für die Einlagerung von Abgasbestandteilen durch bestimmte Faktoren sinken, wie durch die Ablagerung von Schwefel (SOx) aus dem Kraftstoff. Deshalb muss ein SOx-Spülvorgang ausgeführt werden, wenn sich die Speicherkapazität genügend verringert hat. Zur Freisetzung und Reduktion von SOx wird der Katalysator typischerweise erhitzt und das Luft/Kraftstoffverhältnis zur fetten Seite hin verschoben. Da solche SOx-Spülvorgänge die Kraftstoffökonomie sträflicherweise verschlechtern, sollen sie nicht unnötigerweise ausgeführt werden. Deshalb ist die Überwachung der Leistungsfähigkeit des LNT erwünscht, um die Abgasnormen zu erfüllen und gleichzeitig die Vorteile des Magerverbrennungsmotors zu erhalten.
  • Im US-Patent 5 713 199 wird ein Verfahren zur Ermittlung der Leistungsfähigkeit eines Katalysators beschrieben, in dem dessen Leistungsfähigkeit von der zur Durchführung eines NOx-Spülvorgangs benötigten Kraftstoffmenge abgeleitet wird. Im einzelnen beinhaltet dieses Verfahren die Sättigung des NOx-Absorbers mit NOx bis zu einem vorbestimmten Niveau (basierend auf einem Motormodell) und eine abschätzende Berechnung der zur NOx-Spülung nötigen Kraftstoffmenge als Differenz der zum Ausspülen von eingelagertem NOx und Sauerstoff aus dem NOx-Absorber benötigten Gesamtkraftstoffmenge und der (getrennt ermittelten) Kraftstoffmenge zum Ausspülen von Sauerstoff. Die zum Ausspülen von NOx benötigte Kraftstoffmenge wird dann mit der Leistungsfähigkeit der Vorrichtung in Beziehung gesetzt.
  • Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass diesem Weg ein Nachteil anhaftet, da er nämlich zur Ermittlung der zur Sättigung der NOx-Speichervorrichtung bis zu ihrer Kapazität benötigten NOx-Menge ein Modell des Motors verwendet. Diese Menge kann jedoch bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen, z.B. bei höherer oder geringerer Feuchte, beträchtlich schwanken. Beispielsweise ist die NOx-Erzeugungsrate bei hoher Feuchtigkeit niedriger als bei geringer Feuchtigkeit. Deshalb kann es vorkommen, dass das bekannte Verfahren eine Füllung des LNT bis zu seinem Fassungsvermögen angibt, wenn dies nicht der Fall ist. Weil das Füllniveau des LNT nicht genau sein kann, kann auch die zur Freisetzung und Reduktion von gespeichertem NOx benötigte berechnete Spülmenge des Kraftstoffs nicht genau sein. Deshalb gestattet dieses bekannte Verfahren auch nicht die präzise Überwachung der Effizienz des LNT.
    •
  • KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die unabhängig von variierenden Betriebsbedingungen, wie schwankender Feuchte, eine genauere Überwachung der Effizienz der Abgasnachbehandlungsvorrichtung erlaubt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie in vorrichtungstechnischer Hinsicht durch ein System gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Be vorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Die Überwachung der Leistungsfähigkeit der Abgasnachbehandlungsvorrichtung wird also erfindungsgemäß unter Zuhilfenahme eines stromabwärts liegenden Fühlers folgendermaßen bewerkstelligt: Betrieb des Motors mit einem gegenüber dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis mageren Luft/Kraftstoffgemisch; Erfassen, dass die Vorrichtung mehr als eine vorbestimmte Menge eines Abgasbestandteils gespeichert hat, beruhend auf einem Ausgangssignal des Fühlers; in Reaktion auf diese Erfassung Umschalten des Motorbetriebs auf eine fette Luft/Kraftstoffmischung, um aus der Vorrichtung die eingelagerten Abgasbestandteile freizusetzen; und Berechnung der Menge der in der Vorrichtung eingelagerten Abgasbestandteile, beruhend auf der zur vollständigen Freisetzung benötigten Kraftstoffmenge.
  • Die Erfindung erzielt hierdurch eine Reihe von Vorteilen. Beispielsweise ist die Schätzung der Leistungsfähigkeit des LNT gemäß dieser Erfindung präziser, da sie die Füllung des LNT mit Oxidanzien bis zu einem bekannten Niveau durch Überwachung des Ausgangssignals des stromabwärts des LNT liegenden Fühlers gestattet, im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren, bei dem das Füllniveau des LNT mittels eines Motormodells geschätzt wird. Die erfindungsgemäße Abschätzung ist auch genauer, weil durch die Berechnung der zum Ausspülen sämtlicher eingelagerten Oxidanzien aus dem LNT benötigten Kraftstoffmenge, im Gegensatz zu dem im Stand der Technik bekannten Verfahren, bei dem die zum Ausspülen von NOx und Sauerstoff nötige Kraftstoffmenge getrennt berechnet wird, ein kleinerer Fehler verursacht wird. Die erhöhte Genauigkeit vermeidet unnötige Spülvorgänge, verlängert die Zeitintervalle des Magerbetriebs und steigert die Kraftstoffökonomie.
  • Ein weiterer Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass die Überwachung anstatt der anhand eines Motormodells vorgenommenen Schätzung des Zustandes des LNT, dessen Überfüllung mit Oxidanzien und deren mögliche Freisetzung in die Atmosphäre verhindert. Deshalb erreicht die Erfindung eine verbesserte Emissionskontrolle.
    •
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines Verbrennungsmotors, welches die relevanten Komponenten des Motors veranschaulicht, und
  • 2 ein Flussdiagramm mit Funktionsblöcken zur Veranschaulichung des Verfahrensablaufs.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
  • Die Erfindung ist grundsätzlich unabhängig von einer speziellen Motortechnologie oder -anordnung und kann in verschiedenartigen Verbrennungsmotoren, z.B. in konventionellen Motoren zusätzlich zu Direkteinspritzungsmotoren mit geschichteter Ladungsverteilung (DISC) oder Direkteinspritzungsmotoren mit Funkenzündung (DISI) verwendet werden.
  • Ein Blockdiagramm, das ein erfindungsgemäßes Motorregelsystem und -verfahren für einen repräsentativen Verbrennungsmotor mit innerer Verbrennung veranschaulicht, ist in 1 gezeigt. Bevorzugt enthält ein derartiger Motor mehrere Brennkammern, von denen nur eine gezeigt ist, und wird von einem elektronischen Motorregler 12 geregelt. Die Brennkammer 30 des Motors 10 enthält Brennkammerwände 32 mit einem darin liegenden Kolben 36, der mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. In diesem besonderen Beispiel enthält der Kolben 30 eine (nicht gezeigte) Aussparung oder eine Schale, in der sich eine geschichtete Ladung von Luft und Kraftstoff bildet. Außerdem ist gezeigt, dass die Brennkammer 30 mit einem Einlasskrümmer 44 und einem Auslasskrümmer 48 über jeweilige Einlassventile 52a und 52b (nicht gezeigt) und Auslassventile 54a und 54b (nicht gezeigt) in Verbindung steht. Ein Kraftstoffinjektor 66 steht in direkter Verbindung mit der Brennkammer 30 und spritzt flüssigen Kraftstoff direkt in die Brennkammer ein dessen Menge proportional zur Impulsdauer eines vom Regler 12 durch einen herkömmlichen elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals fpw ist. Dem Kraftstoffinjektor 66 wird der Kraftstoff durch ein herkömmliches Hochdruckkraftstoffsystem (nicht gezeigt) zugeführt, das einen Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und eine Kraftstoffsammelschiene (rail) enthält.
  • Der Einlasskrümmer 44 steht durch eine Drosselklappe 62 mit einem Drosselkörper 58 in Verbindung. In diesem speziellen Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit einem elektrischen Motor 94 derart gekoppelt, dass die Position der Drosselklappe 62 vom Regler 12 über den elektrischen Motor 94 gesteuert oder geregelt wird. Diese Gestaltung wird allgemein als elektronische Drosselregelung (ETC) bezeichnet, die auch bei der Leerlaufdrehzahlregelung verwendet wird. In einem (nicht gezeigten) alternativen, den Fachleuten bekannten Ausführungsbeispiel liegt parallel zur Drosselklappe 62 ein Luftbypassweg, der den bei der Leerlaufdrehzahlregelung angesaugten Luftstrom durch ein Drosselregelventil regelt, das im Luftweg liegt.
  • Ein Abgasfühler 76 ist mit dem Abgaskrümmer 48 stromabwärts eines Katalysators 70 gekoppelt. In diesem besonderen Beispiel ist der Fühler 76 ein universeller Abgassauerstofffühler (UEGO), wie er als Proportionalsauerstofffühler bekannt ist. Der UEGO-Fühler erzeugt ein Signal, dessen Stärke proportional zum Sauerstoffniveau (und dem Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis) im Abgas ist. Dieses Signal wird dem Regler 12 angelegt, der es in ein relatives Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis umsetzt. Vorteilhafterweise wird das Signal UEGO in einer rückkoppelnden Luft/Kraftstoffverhältnisregelung zum Halten eines mittleren Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses bei seinem Sollwert verwendet, wie dies nachstehend beschrieben wird. In einer alternativen Ausführungsform kann der Fühler 76 für den Sauerstoffgehalt ein Signal EGO (nicht gezeigt) erzeugen, das angibt, ob das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis, bezogen auf das stöchiometrische Mischungverhältnis, mager oder fett ist. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Fühler 76 einer der folgenden Fühler sein: ein Kohlenmonoxid(CO)-Fühler, ein Kohlenwasserstoff(HC)-Fühler und ein NOx-Fühler, die jeweils ein Signal erzeugen, dessen Stärke sich auf das Niveau von CO, HC, NOx im Abgas bezieht. Die Fachleute werden erkennen, dass jeder der oben erwähnten Abgasfühler als Luft/Kraftstoffverhältnisfühler angesehen werden kann, der ein Signal erzeugt, dessen Stärke das im Abgas gemessene Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis angibt.
  • Ein herkömmliches verteilerloses Zündsystem 88 erzeugt einen Zündfunken in der Brennkammer 30 durch eine Zündkerze 92 in Reaktion auf ein Zündsignal SA vom Regler 12.
  • Der Regler 12 lässt die Brennkammer 30 durch Regelung des Zündzeitpunkts entweder in einer Betriebsweise mit homogenem Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis oder geschichtetem Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis arbeiten. Im geschichteten Modus aktiviert der Regler 12 den Kraftstoffinjektor 66 während des Kompressionshubs des Motors so, dass Kraftstoff direkt in die Schale des Kolbens 36 gesprüht wird. Dadurch entstehen geschichtete Luft/Kraftstofflagen. Die der Zündkerze nächste Schicht enthält eine stöchiometrische Mischung oder eine Mischung, die gegenüber dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis etwas fetter ist, und die folgenden Schichten enthalten immer magerere Mischungen. Im homogenen Modus aktiviert der Regler 12 den Kraftstoffinjektor 66 während des Ansaughubs, so dass, wenn der Zündfunken von der Zündkerze 42 vom Zündsystem 88 erzeugt wird, eine im wesentlichen homogene Luft/Kraftstoffmischung vorliegt. Der Regler 12 regelt die Menge des vom Kraftstoffinjektor 66 gelieferten Kraftstoff so, dass das homogene Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis in der Brennkammer 30 entweder am stöchiometrischen Wert oder in der Nähe des stöchiometrischen Wertes liegt, oder im Vergleich mit dem stöchiometrischen Verhältnis fetter oder bezogen auf das stöchiometrische Verhältnis magerer ist. Der Betrieb in der Nähe der oder mit der stöchiometrischen Mischung erfolgt durch eine konventionelle, um das stöchiometrische Verhältnis oszillierende Regelung in geschlossener Schleife. Die Luft/Kraftstoffmischung mit geschichtetem Mischungsverhältnis liegt immer auf der mageren Seite des stöchiometrischen Verhältnisses und das exakte Luft/Kraftstoffmischungs verhältnis ist eine Funktion der der Brennkammer 30 zugeführten Kraftstoffmenge.
  • Zusätzlich steht eine geteilte Betriebsart zur Verfügung, bei der, während der Motor im geschichteten Modus arbeitet, zusätzlicher Kraftstoff während des Auslasshubs eingespritzt wird. Außerdem steht eine zusätzliche geteilte Betriebsart zur Verfügung, bei der während des Betriebs im geschichteten Modus während des Einlasshubs zusätzlicher Kraftstoff eingespritzt wird, so dass ein kombinierter homogener und geteilter Modus verfügbar ist.
  • Ein Mager-NOx-Auffanggefäß 72 liegt stromabwärts vom Katalysator 70. Beide Katalysatoren speichern Abgaskomponenten, z.B. NOx und Oxidanzien, wenn der Motor 10 im Magerbetrieb oder im stöchiometrischen Betrieb arbeitet. Die gespeicherten Abgaskomponenten reagieren nachfolgend mit HC und anderen Redukdanzien und werden katalytisch während eines Spülzyklus umgewandelt, wenn der Motorregler 12 den Motor 10 entweder in einer fetten Betriebsart oder in einer Betriebsart in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses arbeiten lässt.
  • 1 zeigt außerdem einen zwischen dem Katalysator 70 und dem NOx-Auffanggefäß 72 liegenden und mit dem Abgasrohr 48 verbundenen Abgassauerstofffühler 150, der auch als Katalysatorüberwachungsfühler (CMS) bekannt ist. In diesem besonderen Beispiel erzeugt der Fühler 150 ein Signal HEGO, das dem Regler 12 zugeführt wird und im wesentlichen eine Umschaltinformation liefert, ob die Luft/Kraftstoffmischung an dieser mittleren Stelle im Abgasstrom mager oder fett ist.
  • Der Regler 12 ist in 1 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, der, ohne darauf beschränkt zu sein, enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs/Ausgangswege 104, ein in diesem besonderen Beispiel als ROM-Chip 106 dargestelltes elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und für Abgleichwerte, einen RAM-Speicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen üblichen Datenbus.
  • Der Regler 12 empfängt zusätzlich zu den bereits beschriebenen Signalen von mit dem Motor 10 gekoppelten Fühlern verschiedene andere Signale, die einschließen: einen Messwert des angesaugten Luftmassenstroms (MAF) von einem mit dem Drosselkörper 58 gekoppelten Luftmassenstromsensor 100; eine Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit dem Kühler 114 gekoppelten Temperaturfühler 112; ein Zündprofilaufnahmesignal (PIP); von einem mit der Kurbelwelle 40 gekoppelten Hallsensor 180 ein Motordrehzahlsignal (RPM); die Drosselklappenposition TP von einem Drosselpositionsfühler 120 und ein absolutes Krümmerdrucksignal (MAP) vom Fühler 122. Das Drehzahlsignal RPM des Motors wird aus dem Signal PIP vom Regler 12 in bekannter Weise erzeugt und das Krümmerdrucksignal MAP ergibt eine Angabe der Motorlast.
  • Das Kraftstoffsystem 130 ist mit dem Ansaugkrümmer 44 durch ein Rohr 132 gekoppelt. Kraftstoffdämpfe (nicht gezeigt), die im Kraftstoffsystem 130 erzeugt werden, gehen durch das Rohr 132 und werden durch ein Spülventil 134 kontrolliert. Das Spülventil 134 empfängt vom Regler 12 Steuer- oder Regelsignale PRG.
  • Ein Abgasfühler 140 ist ein stromabwärts vom LNT liegender NOx/UEGO-Fühler. Er erzeugt zwei Ausgangssignale. Das erste Ausgangssignal (SIGNAL1) und das zweite Ausgangssignal (SIGNAL2) werden vom Regler 12 empfangen. Der Abgasfühler 140 kann ein den Fachleuten bekannter Fühler sein, der sowohl das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis im Abgas als auch die Stickoxidkonzentration angibt.
  • In bevorzugter Ausführungsform gibt SIGNAL1 das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis im Abgas und SIGNAL2 die Stickoxidkonzentration an. In dieser Ausführungsform hat der Fühler 140 eine erste (nicht gezeigte) Kammer, in die zuerst Abgas eintritt und in der aus einem ersten Pumpstrom ein Messwert des Sauerstoffpartialdrucks erzeugt wird. Außerdem wird in der ersten Kammer der Sauerstoffpartialdruck im Abgas auf ein vorbestimmtes Niveau geregelt. Dann kann das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis des Abgases auf der Grundlage dieses ersten Pumpstroms angegeben werden. Danach tritt das Abgas in eine zweite (nicht gezeigte) Kammer, wo NOx zersetzt und durch einen zweiten Pumpstrom unter Verwendung des vorbestimmten Niveaus gemessen wird. Die Stickoxidkonzentration kann dann beruhend auf diesem zweiten Pumpstrom angegeben werden. In alternativer Ausführungsform kann ein separater NOx-Fühler in Verbindung mit einem Luft/Kraftstofffühler verwendet werden, der ein UEGO- oder ein HEGO-Fühler sein kann.
  • Das in 2 dargestellte Diagramm stellt allgemein den Betrieb einer Ausführungsform eines Systems oder Verfahrens gemäß der Erfindung dar. Den Durchschnittsfachleuten wird einleuchten, dass das Diagramm eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen kann, wie z.B. eine ereignisinitiierte Verarbeitung, eine interruptinitiierte Verarbeitung, Multitaskverarbeitung, Multipfadverarbeitung oder dergleichen. Verschiedene der dargestellten Schritte oder Funktionen können in der dargestellten Sequenz oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen braucht die Reihenfolge der Verarbeitung, um die Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung zu erreichen, nicht unbedingt dieselbe sein, sondern sie dient lediglich der leichteren Darstellung und Beschreibung. Obwohl dies nicht gesondert dargestellt ist, werden die Durchschnittsfachleute erkennen, dass einer oder mehrere der veranschaulichten Schritte oder Funktionsblöcke wiederholt ausgeführt werden können, und zwar abhängig von der jeweils verwendeten Strategie.
  • In 2 beginnt die Routine in Schritt 100, wo der Motor im fetten Betrieb arbeitet, um gespeicherte Abgaskomponenten aus dem Katalysator auszuspülen. Somit beginnt die Verarbeitung mit einem bekannten Zustand der Vorrichtung, woraufhin dann der Magerbetrieb des Motors startet. Nun wird in Schritt 150 ein akkumulierter Messwert TP_NOx_INT, der die Gesamtmenge der NOx-Emissionen im Auspuffrohr (in Gramm) seit dem Start des Magerbetriebs angibt auf Grund des vom NOx-Fühler 140 erzeugten, abgeglichenen Ausgangssignals TP_NOx nach folgender Gleichung ermittelt:
    Figure 00120001
  • Danach wird im Schritt 200 LB_DIST_INT ermittelt, das ist die effektive kumulative Distanz, die das Fahrzeug laufend seit dem Start des Magerbetriebs zurückgelegt hat. Diese Information kann beispielsweise aus der Motordrehzahl N und der Information über den eingelegten Gang des Getriebes oder von der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit oder auf jede andere geeignete Weise abgeleitet werden.
  • Dann geht das Programm weiter zum Schritt 250, wo ein Emissionsmesswert TP_NOx_GPM in Gramm pro zurückgelegter Fahrzeugmeile nach folgender Gleichung berechnet wird:
    Figure 00130001
  • Dann geht es mit einem Schritt 300 weiter, der eine Entscheidung fällt, ob der Emissionsmesswert TP_NOx_GPM größer als eine vorbestimmte Konstante TP_NOx_TRGT ist, die ein Sollwert der NOx-Emission im Auspuffrohr ist. Dieser ist ein abgleichbarer Wert, der typischerweise als Prozentsatz der erlaubten NOx-Emission im Auspuffrohr eingestellt wird, z.B. zu 80% oder 0,16 gpm. Wenn Schritt 300 die Antwort NEIN ergibt, d.h., dass das LNT soviel NOx speichert, dass die NOx-Emission im Abgas unter ihrem Sollwert bleibt, geht das Programm zurück zum Schritt 150 und der Magerbetrieb wird fortgesetzt. Wenn Schritt 300 die Antwort JA ergibt, d.h., dass die NOx-Emissionen einen Sollwert überschreiten, was angibt, dass die Füllung des LNT seine Sollkapazität erreicht hat, geht das Programm weiter mit Schritt 350, wo eine Spülung von NOx aus dem LNT durch Umschalten des Motors auf eine fette Betriebsart vorgenommen wird.
  • Dann wird im Schritt 400 ermittelt, ob der HEGO-Fühler 150, der zwischen dem TWC und dem LNT liegt, umgeschaltet hat und einen fetten Betrieb angibt. Dieser Schritt ist nötig, um sicherzustellen, dass das aus dem Motor tretende fette Abgas nicht zum Ausspülen der gespeicherten Oxidanzien aus dem TWC dient und in den LNT eintritt. Wenn die Antwort auf Schritt 400 NEIN lautet, geht der Zyklus des Schritts 400 weiter. Wenn die Antwort im Schritt 400 JA lautet, was angibt, dass das in den LNT eintretende Abgas tatsächlich fett ist, geht das Programm mit Schritt 450 weiter, wo die Gesamtmenge des zur Spülung dienenden Kraftstoffs FG_FUEL_SUM gemäß folgender Gleichung berechnet wird:
    Figure 00140001
    worin Air Mass Flow in lbs/min und FG LAMBDA entweder das aktuelle Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis, wie es von dem stromaufwärts vom TWC im zugeführten Gasstrom liegenden UEGO-Sensor erhalten wird, oder stattdessen ein Luft/Kraftstoffverhältniswert ist, der in offener Schleife angefordert wird. In einer alternativen Ausführungsform kann die Impulsdauerinformation des Injektorimpulses, die ein Maß für die in den Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge ist, in Verbindung mit der Luftmassenströmungsrateninformation vom Luftströmungsmesser zur Berechnung der in den LNT strömenden Spülkraftstoffmenge verwendet werden. Nun geht die Prozedur mit Schritt 500 weiter, wo die den LNT verlassende Menge von Spülkraftstoff, der Wert TP_FUEL_SUM1 nach folgender Gleichung berechnet wird.
    Figure 00140002
    worin TP_LAMBDA das Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis des aus dem LNT austretenden Abgases im Auspuffrohr ist, wie es vom NOx/UEGO-Fühler 140 geliefert wird.
  • Dann fährt die Prozedur mit Schritt 550 fort, wo ermittelt wird, ob die Menge TP_FUEL_SUM1 des aus dem LNT tretenden Spülkraftstoffs eine vorbestimmte Schwellenmenge TPNOXPBFUEL_MX überschritten hat. Wenn in Schritt 550 die Antwort NEIN lautet, die angibt, dass Spülkraftstoff noch zur Reduktion des gespeicherten NOx gebraucht wird und dass der LNT noch nicht vollständig ausgespült worden ist, kehrt die Routine zum Schritt 450 zurück, wo die Mengen des in den LNT eintretenden und diesen verlassenden Kraftstoffs aktualisiert werden. Wenn in Schritt 550 die Antwort JA lautet, d.h., dass der Spülvorgang komplett ist, geht die Routine mit Schritt 600 weiter, worin der angereicherte Betrieb beendet wird und ein Betrieb mit stöchiometrischen/magerem Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis angefordert wird.
  • Danach geht die Routine mit Schritt 650 weiter, wo ermittelt wird, ob das Ausgangssignal SIGNAL1 des Fühlers 140 ein mageres oder stöchiometrisches Luft/Kraftstoffverhältnis angibt. Wenn in Schritt 650 die Antwort NEIN lautet, die bedeutet, dass Spülkraftstoff noch aus dem LNT austritt, wird die zusätzliche Spülkraftstoffmenge TP_FUEL_SUM2 in Schritt 700 gemäß folgender Gleichung berechnet:
    Figure 00150001
    worin t die Zeitdauer ist, die der UEGO-Fühler braucht, um nach dem Ende der LNT-NOx-Spülung die Ablesung des stöchiometrischen oder mageren Luft/Kraftstoffmischungsverhältnisses zu starten. Dann schreitet die Routine mit Schritt 750 fort, in dem der Nettowert des verwendeten Spülkraftstoffs NET_PB_FUEL gemäß folgender Beziehung berechnet wird: NET_PG_FUEL = FG_FUEL_SUM – (TP_FUEL_SUM1 + TP_FUEL_SUM2)
  • Anders gesagt, ist die Gesamtmenge des zum Ausspülen des im LNT gespeicherten NOx und Sauerstoffs notwendigen Kraftstoffs die Differenz zwischen der in das Sammelgefäß strömenden Spülkraftstoffmenge und der das Sammelgefäß verlassenden Spülkraftstoffmenge. Wenn in Schritt 650 die Antwort JA lautet, überspringt die Routine Schritt 700 und schreitet mit Schritt 750 fort, dem Schritt 800 folgt. In Schritt 800 wird eine Entscheidung getroffen, ob die vom Fahrzeug seit dem letzten Entschwefelungsereignis zurückgelegt Distanz kleiner oder gleich einer bestimmten Konstanten ist, in diesem Beispiel 10 Meilen. In typischer Weise wird diese abgleichbare Konstante auf Grund der chemischen und physikalischen Eigenschaften des LNT ermittelt. Wenn Schritt 800 die Antwort JA ergibt, wird angenommen, dass das LNT maximale Leistungsfähigkeit hat, und in Schritt 850 wird die zur Spülung des seine maximale Leistungsfähigkeit aufweisenden Sammelgefäßes notwendige Kraftstoffmenge MAX_PG_FUEL gleich der in Schritt 750 berechneten Nettomenge des Spülkraftstoffs gesetzt. Dann schreitet die Routine mit Schritt 900 fort. Wenn Schritt 800 die Antwort NEIN ergibt, geht die Routine mit Schritt 900 weiter, wo die laufende Menge CURR_PG_FUEL des Spülkraftstoffs gleich der zuletzt verwendeten Nettospülkraftstoffmenge NET_PG_FUEL gesetzt wird. Schritt 900 folgt Schritt 950, in dem die Effizienz des LNT gemäß folgender Gleichung berechnet wird:
    Figure 00160001
  • Dann ist die Routine beendet. Die Information über die LNT-Effizienz kann als Rückkoppelgröße für den Motorregler dazu dienen, eine Entschwefelung des LNT einzuleiten, wenn die Berechnung ergibt, dass die LNT-Effizienz ausreichend klein geworden ist. Außerdem kann sie zur Erfüllung der OBDII-Überwachung dienen.
  • Anders gesagt, wird die Effizienz des LNT aus dem Verhältnis der zur Durchführung des letzten Spülereignisses benötigten Kraftstoffmenge zu der zur Spülung des LNT, wenn dieser seine höchste Kapazität hat, notwendigen Kraftstoffmenge abgeleitet (in diesem Beispiel innerhalb 10 Meilen seit dem letzten Entschwefelungsereignis).
  • Deshalb ermöglicht diese Erfindung die Überwachung der Effizienz bzw. Leistungsfähigkeit eines Dreiwegekatalysators, wie eines LNT, durch Berechnung der zum Ausspülen der im LNT eingelagerten Oxidanzien notwendigen Kraftstoffmenge, nachdem er mit Oxidanzien bis zu einer vorbestimmten Menge gefüllt worden ist, die durch einen stromabwärts vom Katalysator angebrachten Fühler angegeben wird. In einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung wird dies durch Ausführung einer Spülung des LNT erreicht, nach der eine Umschaltung zum Magerbetrieb stattfindet. Während des Magerbetriebs wird die gesamte NOx-Emissionsmenge im Auspuffrohr pro zurückgelegter Distanz unter Verwendung des Ausgangssignals des NOx-Fühlers im Auspuffrohr berechnet. Sobald dieser Mengenwert einen Sollwert der Emissionsmenge überschreitet, wird der Magerbetrieb unterbrochen und der Motor mit einer angereicherten Mischung betrieben, und damit werden die im LNT eingelagerten Abgaskomponenten, wie NOx und Sauerstoff, aus dem LNT gespült. Die Effizienz des LNT wird dann als Funktion des Verhältnisses der Nettokraftstoffmenge, die zum Ausspülen der im LNT gespeicherten NOx- und Sauerstoffbestandteile benötigt wird, zur Nettomenge des Spülkraftstoffs ermittelt, wenn das LNT maximale Effizienz hat (innerhalb einer vorbestimmten, zurückgelegten Wegstrecke nach dem letzten Entschwefelungsereignis).
  • Die Beschreibung der Erfindung ist damit abgeschlossen. Den Fachleuten werden im Rahmen der die Erfindung definierenden beiliegenden Patentansprüche viele Modifikationen und Änderungen einfallen.

Claims (17)

  1. Verfahren zur Überwachung der Leistungsfähigkeit einer im Abgasweg eines Verbrennungsmotors angeordneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72), hinter der im Abgasweg ein Fühler (140) liegt, mit folgenden Schritten: Betreiben des Motors mit einer gegenüber dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis mageren Luft/Kraftstoffmischung; Erfassen, dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) mehr als eine vorbestimmte Menge einer Abgaskomponente gespeichert hat, beruhend auf einem Ausgangssignal des Fühlers (140); in Reaktion auf die Erfassung Umschalten des Motorbetriebs zu einem gegenüber dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis angereicherten Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis, um die in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) gespeicherten Abgaskomponenten freizusetzen; und Berechnen der Menge der in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) gespeicherten Abgaskomponenten basierend auf der zur vollständigen Freisetzung der gespeicherten Abgaskomponenten benötigten Kraftstoffmenge.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zustand, dass die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) mehr als eine vorbestimmte Menge der Abgaskomponente gespeichert hat, dann erfasst wird, wenn die aus der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) austretende Menge der Abgaskomponente über einer vorbestimmten Schwelle liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zur vollständigen Freisetzung der gespeicherten Abgaskomponenten benötigte Kraftstoffmenge als Differenz einer in die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) eintretenden Spülkraftstoffmenge und einer aus der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) austretenden Spülkraftstoffmenge berechnet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die die Abgaskomponente speichernde Abgasnachbehandlungsvorrichtung ein Dreiwegekatalysator (70) ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgasbestandteile NOx und Sauerstoff sind.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) einem Entschwefelungsvorgang unterworfen wird, wenn die zur vollständigen Freisetzung der gespeicherten Abgaskomponenten benötigten Kraftstoffmenge kleiner ist als ein vorbestimmter Wert.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Fühler (140) ein NOx/UEGO-Fühler ist.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Fühler (140) ein NOx-Fühler ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Fühler mit einem Luft/Kraftstoffverhältnis-Fühler gekoppelt ist.
  10. System zur Überwachung der Leistungsfähigkeit einer in einem Abgasweg eines Magerverbrennungsmotors angeordneten Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72), mit: – einem im Abgasstrom stromab der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) liegenden Fühler (140), und – einem Regler (12), der ein Ausgangssignal des Fühlers (140) liest und auf der Basis dieser Ablesung es erfasst, wenn die Menge einer in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) gespeicherten Abgaskomponente über einem vorbestimmten Schwellwert liegt, wobei der Regler (12) in Reaktion auf diese Erfassung auf eine, bezogen auf das stöchiometrische Mischungsverhältnis, fette Luft-/Kraftstoffmischung umschaltet, um die in der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) gespeicherten Abgaskomponenten freizusetzen und die Menge der in der Vorrichtung gespeicherten Abgaskomponenten basierend auf der zur vollständigen Freisetzung der gespeicherten Abgaskomponenten benötigten Kraftstoffmenge berechnet.
  11. System nach Anspruch 10, wobei der Regler (12) eine Zustandsverschlechterung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) angibt, wenn die genannte Kraftstoffmenge unterhalb eines vorbestimmten Schwellwerts liegt.
  12. System nach Anspruch 10 oder 11, wobei der Regler (12) eine Entschwefelung der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) in Reaktion auf die Erfassung der Zustandsverschlechterung ausführt.
  13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei die Abgasnachbehandlungsvorrichtung (70, 72) ein Dreiwegekatalysator ist.
  14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei der Fühler (140) ein Abgasfühler ist.
  15. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei der Fühler (140) ein NOx-Fühler ist.
  16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der NOx-Fühler außerdem mit einem Sauerstofffühler gekoppelt ist.
  17. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgaskomponenten Sauerstoff und NOx enthalten.
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