DE10019245A1

DE10019245A1 - Verfahren und System zur Regelung des Regenerierzyklus eines Mager-NOx-Auffanggefässes

Info

Publication number: DE10019245A1
Application number: DE10019245A
Authority: DE
Inventors: Garth Michael Meyer; Joseph Richard Asik
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2000-11-30
Also published as: GB0011860D0

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren für die Optimierung des Regenerationszyklus eines NO¶x¶-Auffanggefäßes, das bis zu einem vorbestimmten Bruchteil seiner tatsächlichen Kapazität gefüllt und dann vollständig während eines Spülvorgangs geleert wird. Da sich die Kapazität des Auffanggefäßes wesentlich reduziert, wie sie die tatsächliche Füllzeit angibt, wenn diese kürzer als eine vorbestimmte minimale Füllzeit geworden ist, wird eine Entschwefelung des Auffanggefäßes zur Wiederherstellung seiner Kapazität durchgeführt. Ein Computer ist dazu programmiert, die Füll- und Spülzeiten auf der Basis einer Spannungsamplitude von einem geschalteten Sauerstofffühler und dessen zeitlicher Reaktion zu regeln. Die Spülfrequenz, die im idealen Fall von der Abnahmerate der NO¶x¶-Speicherkapazität des Auffanggefäßes abhängt, wird so geregelt, dass das Auffanggefäß nicht über seine Grenzspeicherkapazität für NO¶x¶ hinaus gefüllt wird (Figur 1).

Description

Diese Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Regelung des Regene rierzyklus eines stromabwärts von einem Mager-Motor im Abgassystem desselben liegenden NO_x-Auffanggefäßes.

Bekannte Steuer/Regelsysteme von Mager-Verbrennungsmotoren enthalten einen Luft-Kraftstoffmischungsverhältnisregler, der dem Motor eine Kraftstoffmenge zu führt, die proportional zu einem gemessenen Luftmassenstrom ist, um so peri odisch ein mageres Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis und dadurch geringeren Kraftstoffverbrauch zu erzielen. Da ein typischer im Abgasweg des Motors liegen der Dreiwege-Katalysator bei der Umwandlung des vom Motor erzeugten NO_x Anteils weniger effektiv ist, wenn im Mager-Betrieb des Motors ein Überschuss von Sauerstoff vorliegt, wird im Stand der Technik vorgeschlagen ein Mager-NO_x- Auffanggefäß in den Abgasweg stromabwärts vom Dreiwege-Katalysator einzu bauen, um den im Mager-Betrieb erzeugten Restanteil von NO_x chemisch zu bin den.

Da die Kapazität des Auffanggefäßes für die Einlagerung von NO_x deutlich be schränkt ist, wird das eingelagerte NO_x aus dem Auffanggefäß periodisch "ausge spült", indem dem Motor eine angereicherte Luft-Kraftstoffmischung zugeführt wird, deren Mischungsverhältnis relativ zum stöchiometrischen Weit bei 14,65 angerei chert ist und z. B. einen Wert unter 13 hat. Während dieses Spülvorgangs brechen überschüssige HC- und CO-Anteile durch den Dreiwege-Katalysator passieren das Auffanggefäß, reagieren dort mit dem eingelagerten NO_x und reduzieren es in harmloses N₂ und O₂. Die Menge des zum Spülen benötigten Kraftstoffüberschus ses zur Freisetzung des eingelagerten NO_x wird häufig in Größen einer "Spülzeit" ausgedrückt, das heißt einer Zeitdauer, während der der Spülkraftstoff in der ange reicherten Luft-Kraftstoffmischung mit einer im wesentlichen konstanten Luft massenströmungsrate zugeführt wird.

Die zeitliche Steuerung des Spülereignisses muss so gesteuert oder geregelt wer den, dass das Auffanggefäß nicht in sonstiger Weise seine Absorptionskapazität für NO_x überschreitet, da dann NO_x durch das Auffanggefäß gehen und eine Erhöhung des NO_x Bestandteils im Abgas bewirken würde. Um die Ausspülung nur eines Teils der Füllung des Auffanggefäßes zu vermeiden, wird die Frequenz der Spül vorgänge bevorzugt abhängig von den für die bei den Spülereignissen auftretende Kraftstoffanreicherung im Abgas geltenden Abgasnormen geregelt.

Im Stand der Technik hat man erkannt, dass die Absorptionskapazität des Auffang gefäßes für NO_x ihrerseits eine Funktion vieler variabler Größen ist, die die Tempe ratur, die Vorgeschichte, das Verschwefelungsniveau und thermische Beschädi gung, das heißt das Ausmaß der Beschädigung des im Auffanggefäß befindlichen NOx absorbierenden Materials aufgrund zu starker Erwärmung enthalten.

Hier sei auf das US-Patent 5 437 153 verwiesen, das außerdem lehrt, dass die in krementelle Rate mit der des Auffanggefäß NO_x absorbiert zu fallen beginnt, wenn das Auffanggefäß in die Nähe seiner maximalen Kapazität kommt. Dementsprechend lehrt das US-Patent 5 437 153 die Verwendung einer NO_x- Sollkapazität, die beträchtlich unter der tatsächlichen Speicherkapazität des Auf fanggefäßes für NO_x liegt, um dadurch dem Auffanggefäß eine perfekte momenta ne NO_x-Absorptionswirkung zu verleihen, das heißt, dass das Auffanggefäß die gesamte vom Motor erzeugte NO_x-Menge solange absorbieren kann wie die ein gelagerte NO_x-Menge unter der Sollkapazität bleibt. Zur Verjüngung des Auffang gefäßes wird immer dann ein Spülereignis eingeleitet, wenn akkumulierte Schätz werte des motorgenerierten NO_x die Sollkapazität des Auffanggefäßes erreichen.

Die tatsächlich im Auffanggefäß eingelagerte NO_x-Menge hängt von der Konzen tration von NO_x in dem dem Motor zugeführten Gas, der Abgasströmungsrate, Um gebungsfeuchtigkeit, Auffanggefäßtemperatur und anderen variablen ab. Damit bilden sowohl die Kapazität des Auffanggefäßes als auch die tatsächliche im Auf fanggefäß eingelagerte NO_x-Menge komplexe Funktionen vieler Variabler. Es ist gewünscht, die Spül- und Füllvorgänge des Auffanggefäßes zu überwachen und zu regeln, um so sicher zu stellen, dass das Auffanggefäß zu allen Zeiten unter opti malen Betriebsbedingungen arbeitet.

Wenn der Motor mit einem schwefelhaltigem Kraftstoff betrieben wird, absorbiert das Auffanggefäß Schwefel und verringert dadurch einerseits die Absolutkapazität für NO_x und andererseits die momentane NO_x-Leistung des Auffanggefäßes. Wenn eine solche Verschwefelung des Auffanggefäßes einen kritischen Wert überschrei tet, muß das absorbierte SO_x durch eine Entschwefelung desorbiert oder "ausge brannt" werden. Dabei wird die Temperatur des Auffanggefäßes in Anwesenheit eines Überschusses von HC und CO über etwa 650°C erhöht. Lediglich beispielhaft lehrt das US-Patent 5 746 049 ein Entschwefelungsverfahren für das Auffanggefäß, das die Temperatur des Auffanggefäßes über wenigstens 650°C durch Zufuhr ei nes Sekundärluftstroms ins Abgas stromaufwärts von dem NO_x-Auffanggefäß er höht, wenn der Motor mit angereicherter Luft-Kaltstoffmischung betrieben wird, und das auf der sich dabei einstellenden exothermen Reaktion beruht, die die Tempe ratur des Auffanggefäßes auf das gewünschte Niveau zum Ausbrennen des SO_x im Auffanggefäß anhebt.

Das erfindungsgemäße Mager-NO_x-Regelverfahren nutzt Information, die von der Menge des im Auffanggefäß eingelagerten NO_x und der maximalen NO_x- Speicherkapazität des Auffanggefäßes abhängt, so dass der Zustand oder die "Ge sundheit" des Auffanggefäßes diagnostiziert und die Spülparameter des Auffang gefäßes, wie die Abnahmerate der NO_x-Kapazität, die Spülzeit und die Spülstärke online während der Motor im Fahrzeug arbeitet abgeglichen werden können. Die Abnahmerate der NO_x-Kapazität ist diejenige mit der die NO_x-Kapazität des Auf fanggefäßes während des NO_x-Füllvorgangs abnimmt. Zusätzlich wird eine Ent scheidung zur Entschwefelung des Auffanggefäßes auf der Basis der beobachteten Verringerung der Absorptionskapazität des Auffanggefäßes für Nitrat und der davon abhängigen Erhöhung der Abnahmerate der NO_x-Kapazität getroffen. Auf diese Weise arbeitet das Auffanggefäß optimal hinsichtlich der NO_x-Umsetzleistung und minimiert den CO- und den NO_x-Gehalt im Auspuffund den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs. Eine intelligente Entschwefelung des Auffanggefäßes stellt sicher, dass die NO_x-Umsetzungsleistung des Auffanggefäßes immer über einem gegebenem Minimalwert bleibt.

Genauer wird übereinstimmend mit der Erfindung die Abnahmerate der NO_x- Kapazität des Auffanggefäßes überwacht und eine Regelung der Frequenz und der Spültiefe des Auffanggefäßes wie auch eine Regelung der Entschwefelung dessel ben in geschlossener Schleife ausgeführt. Die Spülfrequenz des Auffanggefäßes hängt invers von der Rate ab mit der NO_x im Auffanggefäß gespeichert wird, wäh rend die Spültiefe von der NO_x-Menge abhängt, die aus dem Auffanggefäß umge setzt in N₂ und O₂ freigegeben wird. Ein programmierter Computer regelt die Füll- und Spülzeiten des Auffanggefäßes auf der Basis der Spannungsamplitude eines Sauerstofffühlers des geschalteten Typs und der zeitabhängigen Reaktion dessel ben. Die Spülfrequenz, die im idealen Fall direkt von der Abnahmerate der NO_x- Speicherkapazität abhängt wird so geregelt, dass das Auffanggefäß nicht über sei ne NO_x-Speicherkapazitätsgrenze hinaus gefüllt wird.

Außerdem wird erfindungsgemäß das Auffanggefäß bis zu einem vorbestimmten Bruchteil seiner tatsächlichen Kapazität auf der Basis der NO_x- Kapazitätsabnahmerate gefüllt und dann vollständig während eines Spülvorgangs geleert. Da die Kapazität des Auffanggefäßes wegen seiner Verschlechterung im Lauf der Zeit abnimmt, erzeugt eine Spüloptimierroutine in geschlossener Schleife einen Abgleichfaktor, der zum Abgleich der NO_x-Kapazitätsabnahmerate dient, um damit eine Einlagerung von NO_x zu erzielen, die ausreichend ist, das Auffanggefäß bis zum gewünschten Bruchteil seiner Kapazität zu füllen. Da sich die Kapazität des Auffanggefäßes im wesentlichen verringert, wie dies die tatsächliche NO_x- Kapazitätsabnahmerate angibt wird, wenn diese gleich oder größer geworden ist als eine vorbestimmte maximale NO_x-Kapazitätsabnahmerate, eine Entschwefelung des Auffanggefäßes durchgeführt, um so zu versuchen die ursprüngliche Kapazität des Auffanggefäßes wieder herzustellen. Wenn eine vorbestimmte Anzahl von Ent schwefelungsvorgängen des Auffanggefäßes ohne jegliche Verringerung der NO_x- Kapazitätsabnahmerate durchgeführt worden ist, muß das Auffanggefäß ersetzt und eine Bedienperson durch eine Anzeige entsprechend informiert werden.

Der Anfangswert der NO_x-Kapazitätsabnahmerate des Auffanggefäßes wird durch Kennfeldaufnahme ("mapping") des Motorsystems und des Auffanggefäßes ermit telt. Die Kennfeldaufnahme erzeugt Werte für die Füllrate und die optimale NO_x- Kapazitätsabnahmerate des Auffanggefäßes als Funktion der Motorlast oder der Luftmassenströmungsrate.

Das Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis verändert sich nicht sehr stark im Betrieb bei dem das Auffanggefäß verwendet wird, und Änderungen der Motordrehzahl beeinflussen die NO_x-Kapazitätsabnahmeraten kaum merkbar. Auf diese Weise bleibt die primäre Veränderung der NO_x-Kapazitätsabnahmerate des Auffanggefä ßes innerhalb einer kleinen inversen Potenz (z. B. inverses Quadrat) der Motorlast oder der Massenströmungsrate.

Die obige und andere Aufgaben und weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung eines bevorzugten Aus führungsbeispiels noch deutlicher, wenn Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird, die zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm eines Motor Steuer/Regelsystems, das die erfin dungsgemäßen Prinzipien verkörpert;

Fig. 2 grafisch die Spannungsreaktion eines Sauerstofffühlers abhängig vom Luft/Kraftstoffverhältnis;

Fig. 3 verschiedene Kurven die (a) das Luft- Kraftstoffmischungsverhältnis des Motors, (b) die Reaktion des im Auspuff liegenden Sauerstofffühlers, (c) die EGO-Datensammlung und (d) den CO-Gehalt im Auspuff abhängig von einer kur zen Spülzeit (1), einer mittleren Spülzeit (2) und einer langen Spülzeit (3) verglei chen;

Fig. 4 mehr im Einzelnen die Reaktion des Sauerstofffühlers abhängig von einer kurzen Spülzeit (1), einer mittellangen Spülzeit (2) und einer langen Spülzeit (3);

Fig. 5 eine normalisierte Sauerstofffühlersättigungszeit t_sat, als Funktion der Spülzeit t_p;

Fig. 6 eine normalisierte Sättigungszeit t_sat in Abhängigkeit von einer Sau erstofffühlerspitzenspannung V_p für den Fall, dass diese Spitzenspannung kleiner als eine Referenzspannung V_ref ist;

Fig. 7 die Beziehung zwischen einer Spülzeit t_p und einer Füllzeit t_F des Auffanggefäßes die auch die optimale Spülzeit t_PT und zwei unteroptimale Spül punkte 1 und 2 darstellt;

Fig. 7a die Beziehung zwischen der Spülzeit und der Füllzeit, wenn die Spülzeit für sämtliche Füllzeiten optimal ist. Die optimale Spülzeit t_PT und die Füll zeit t_FT stellen den bevorzugten Arbeitspunkt T des Systems dar. Zwei unteropti male Punkte A und B, die auf der Reaktionskurve liegen sind ebenfalls gezeigt;

Fig. 8 die Beziehung zwischen der Spülzeit t_p und der Füllzeit t_F für vier unterschiedliche Betriebszustände eines Auffanggefäßes, bei dem die Verringerung der NO_x-Kapazität desselben progressiv zunimmt, und außerdem die extrapolierten Spülzeiten für den Sauerstoff-speicherabschnitt t_Posc der gesamten Spülzeit t_p;

Fig. 9 die Beziehung zwischen der NO_x-Kapazität und der Spülzeit für vier unterschiedliche Betriebszustände des Auffanggefäßes, das sich auf Grund der Verschwefelung und/oder thermischer Beschädigung pogressiv immer mehr ver schlechtert;

Fig. 10 ein Flussdiagramm für die Optimierung der Spülzeit t_p des Auffang gefäßes;

Fig. 11 ein Flussdiagramm für eine Systemoptimierung;

Fig. 12 ein Flussdiagramm zur Ermittlung ob eine Entschwefelung des Auffanggefäßes nötig ist;

Fig. 13 grafisch die Beziehung zwischen dem im Auffanggefäß eingelager ten Sauerstoffträgeranteil und der relativen Zeitdauer, während der das Auffang gefäß eingangs einem NO_x-Strom unterworfen ist;

Fig. 14 grafisch den Spülkraftstoffanteil abhängig von der relativen Füllzeit;

Fig. 15 eine Tabelle der Grundfüllrate R_ij (NO_x-Kapazitätsabnahme) des Auffanggefäßes für verschiedene Drehzahlen und Lastpunkte an gegebenen ta bellarisch aufgenommenen Werten von Temperatur, Luft- Kraftstoff mischungsverhältnis, Abgasrückführmenge und Vorverlegung des Zündzeitpunkts;

Die Fig. 16a-16d eine Liste von Kernfeldzuständen für das Luft- Kraftstoffmischungsverhältnis, die Abgasrückführung EGR, Vorverlegung des Zündzeitpunkts und die Temperatur des Auffanggefäßes, für die die in Fig. 15 dargestellten Füllraten R_ij des Auffanggefäßes ermittelt wurden;

Fig. 17, wie sich der Kapazitätsabnahmeratemodifikationfaktor des Auf fanggefäßes mit der Temperatur ändert;

Fig. 18, wie sich die Modifikationsfaktoren für das Luft- Kraftstoffmischungsverhältnis, die Abgasrückführmenge oder -rate die Vorverle gung des Zündzeitpunkts abhängig von einer gegenüber den in Fig. 16 aufgeli steten Werten stattfindenden Veränderung der Werte des Luft- Kraftstoffmischungsverhältnisses, der zurückgeführten Abgasmenge und der Vor verlegung des Zündzeitpunkts verändern und

Fig. 19 ein Flussdiagramm zur Ermittlung, wann ein Spülvorgang des Auf fanggefäßes einzuleiten ist.

Nun wird Bezug auf die Zeichnungen und anfangs auf Fig. 1 genommen, in der ein Antriebsstrang-Steuer/Regelmodul (PCM), das eine elektronische Motor/Steuer Regeleinheit ist und ein ROM, RAM und eine CPU enthält, allgemein mit 10 be zeichnet ist. Das PCM steuert oder regelt einen Satz von Injektoren 12, 14, 16 und 18, die Kraftstoff in die Zylinder eines Vierzylinderverbrennungsmotors 20 einsprit zen. Die Kraftstoffinjektoren haben eine herkömmliche Funktion und Gestaltung und sind so positioniert, dass sie den jeweils zugeordneten Zylindern Kraftstoff in präzisen durch die Steuer/Regeleinheit 10 abgemessenen Mengen einspritzen. Die Steuer/Regeleinheit 10 überträgt ein Kraftstoffinjektorsignal an die Injektoren, um ein durch die Steuer/Regeleinheit 10 ermitteltes Luft/Kraftstoffmischungsverhältnis ("AFR") beizubehalten. Ein Luft- oder Luftmassenstromsensor 22 liegt im Luftan saugkrümmer 24 des Motors und erzeugt ein Signal, das die sich aus der Stellung einer Drosselklappe 26 ergebende Luftmassenströmung angibt. Das Luftmassen stromsignal wird in der Steuer/Regeleinheit 10 zur Berechnung eines Luftmassen werts verwendet, der die Masse der pro Zeiteinheit in das Ansaugsystem strömen den Luft angibt. Ein geheizter Abgassauerstoffsensor (HEGO) 28 erfasst den Sau erstoffgehalt in dem vom Motor erzeugten Abgasstrom und überträgt ein Signal an die Steuer/Regeleinheit 10. Der HEGO-Sensor 28 wird zur Regelung des Luft- Kraftstoffmischungsverhältnisses des Motors verwendet, insbesondere während der Motor mit dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis arbeitet.

Ein Abgassystem, das ein oder mehrere Abgasrohre aufweist, führt das von der Verbrennung einer Luft-Kraftstoffmischung im Motor erzeugte Abgas zu einem herkömmlichen geregelten Dreiwege-Katalysator 30. Der Dreiwege-Katalysator 30 enthält ein katalytisches Material, dass chemisch die Zusammensetzung des vom Motor erzeugten Abgases ändert und ein katalytisch behandeltes Abgas erzeugt. Das katalytisch behandelte Abgas wird durch ein Abgasrohr 32 zu einem stromab wärts liegenden NO_x-Auffanggefäß 34 geleitet, das aus zuvor beschriebenen Mate rialien besteht und schließlich durch einen Auspuff 36 in die Atmosphäre abgege ben.

Ein zweiter HEGO-Sensor 38 liegt stromabwärts vom Auffanggefäß 34 und erzeugt ein Signal, das der Steuer/Regeleinheit 10 für die erfindungsgemäße Diagnose und Regelung zugeführt wird. Der zweite HEGO-Sensor 38 wird zur Überwachung der HC-Wirkung des Dreiwege-Katalysators 30 mittels bekannter Verfahren verwendet, die die Signalamplitude des zweiten HEGO-Sensors 38 mit der des ersten HEGO- Sensors 28 während eines herkömmlichen stöchiometrisch geregelten begrenzten Betriebszyklus vergleicht. Ein in der Mitte des Auffanggefäßes liegender Tempera tursensor 42 erzeugt ein Ausgangssignal, das die momentane Temperatur T des Auffanggefäßes 34 angibt. Noch andere (nicht gezeigte) Sensoren liefern der Steu er/Regeleinheit 10 zusätzliche Informationen über die Arbeit oder das Verhalten des Motors wie z. B. die Nockenwellenposition, die Kurbelwellenposition, die Win kelgeschwindigkeit, die Drosselklappenposition und Lufttemperatur. Information von diesen Sensoren dient der Steuer/Regeleinheit 10 zur Steuerung/Regelung des Motorbetriebs.

Fig. 2 zeigt eine typische Spannungsreaktion eines geschalteten Sauerstoffsen sors, z. B. des zweiten HEGO-Sensors 38, abhängig vom Luft-Kraftstoffmischungs verhältnis. Das Spannungsausgangssignal des zweiten HEGO-Sensors 38 schaltet zwischen tiefem und hohem Pegel wenn sich das Abgasgemisch von mager nach fett relativ zum stöchiometrischem Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis von ungefähr 14,65 ändert. Da das Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis während der Füllzeit ma ger ist, strömt vom Motor erzeugtes NO_x durch den Dreiwege-Katalysator 30 und ein Abgasrohr 32 in das Auffanggefäß 34, wo dieses NO_x eingelagert oder gespei chert wird.

Fig. 3 zeigt einen typischen Betrieb des Auffanggefäßes mit Spülzyklus. Die obere Signalform (Fig. 3a) zeigt die Beziehung zwischen der Magerfüllzeit t_F und der Fettspülzeit t_p für drei unterschiedliche Spülzeiten 1, 2 und 3. Die zweite Signalform (Fig. 3b) zeigt die Reaktion des zweiten HEGO-Sensors 38 auf die drei Spülzei ten. Die durch das Auffanggefäß strömenden CO- und HC-Mengen, die den stromabwärts liegenden Sensor 38 beeinflussen, dienen als Indikator für die Wirk samkeit des Spülvorgangs des Auffanggefäßes. Der Spitzenspannungspegel des im Auspuffrohr liegenden Sauerstoffsensors ist ein Indikator für die Mengen von NO_x und O₂ die noch im Auffanggefäß eingelagert sind. Bei einer kurzen Spülzeit 1 tritt eine sehr schwache Reaktion des Sauerstoffsensors auf, da das Auffanggefäß noch nicht vollständig ausgespült wurde, was eine schmale nadelförmige Spitze des CO-Gehalts im Auspuffund in der Spannungsreaktion des davon stark abhän gigen zweiten HEGO-Sensors ergibt. In diesem Fall erreicht die Spitzenspannung V_p des Sensors nicht die Referenzspannung V_ref. Für eine mäßige oder optimale Spülzeit 2 wird die Spannungsreaktion des zweiten HEGO-Sensors gleich der Re ferenzspannung V_ref und gibt an, dass das Auffanggefäß nahezu ausgespült ist, weil eine noch akzeptierbare sehr kleine Menge von CO im Auspuffgas vorhanden ist. Für eine lange Spülzeit 3 überschreitet die Spitzenspannung des zweiten HEGO-Sensors die Referenzspannung V_ref und gibt damit an, dass das Auffang gefäß entweder vollständig oder übermäßig gespült worden ist, und dadurch wird eine unerwünscht hohe CO- und HC-Emission im Auspuffgas Erzeugt, wie dies die Signalform in Fig. 3d veranschaulicht.

Das Datensammelfenster für die Spannung des zweiten HEGO-Sensors ist in der Signalform in Fig. 3c dargestellt. Während dieses Fensters sammelt das PCM Daten anhand von der Ausgangsspannung des zweiten HEGO-Sensors 38. Fig. 4 zeigt vergrößert die Reaktion des Sensors 38 auf die drei unterschiedlichen in Fig. 3 gezeigten Spülzeiten. Das Zeitintervall Δt₂₁ gleicht der Zeitdauer während der die Sensorspannung den Referenzwert V_ref überschreitet. Für eine Sensorspit zenspannung V_P unter der Referenzspannung V_ref erzielt das PCM 10 einen glatten Übergang zur Metrik der Fig. 5, indem es linear die Sensorsättigungszeit t_sat von t_sat = t_satrefr nach t_sat = 0 extrapoliert. Das PCM 10 verwendet die in Fig. 6 gezeigte Beziehung und macht die Sensorsättigungszeit t_sat proportional zur Spitzenspan nung V_p des Sensors, wie in Fig. 6 dargestellt ist.

In Fig. 5 ist die Beziehung zwischen der normalisierten Sauerstoffsensorsätti gungszeit t_sat und der Spülzeit t_p gezeigt. Die Sättigungszeit t_sat des Sensors ist die normalisierte Zeitdauer in der das Ausgangssignal des zweiten HEGO-Sensors über V_ref liegt und ist gleich Δt₂₁/Δt_21norm, wobei Δt_21norm der Normalisierungsfaktor ist. Die Sättigungszeit t_sat des Sensors wird durch den gewünschten Wert t_{sat_desired} normalisiert. Für eine gegebene Füllzeit t_F und einen gegebenen Zustand des Auf fanggefäßes gibt es eine optimale Spülzeit t_{Psat_desired}, die eine optimale normali sierte Sättigungszeit t_sat = 1 ergibt, bei der die Gehalte an HC und CO im Auspuff gas nicht übermäßig groß sind und bei der immer noch eine akzeptable Absorpti onswirkung des Auffanggefäßes für NO_x vorliegt. Für eine Sättigungszeit t_sat < 1 ist die Spülzeit zu lang und sollte verringert werden. Für eine Sättigungszeit t_sat < 1 ist die Spülzeit zu kurz und sollte erhöht werden. Auf diese Weise läßt sich eine Re gelung der Spülung des Auffanggefäßes in geschlossener Schleife basierend auf dem Ausgangssignal des zweiten HEGO-Sensors 38 erzielen.

Fig. 7 zeigt die Sollbeziehung zwischen der Spülzeit t_P und der Füllzeit t_F für einen gegebenen Betriebszustand des Motors und einen gegebenen Betriebszustand des Auffanggefäßes. Die beiden unteroptimalen Spülzeiten t_{P_subopt1} und t_{P_subopt2} ent sprechen jeweils einer Unter- oder Überspülung des Auffanggefäßes 34 für eine festgelegte Füllzeit t_FT. Die Spülzeit t_P in der das im Auffanggefäß aufgefangene NO_x in optimaler Weise ausgespült wird, ist als t_PT bezeichnet. Dieser Punkt ent spricht einer gewünschten oder Sollspülzeitdauer t_sat = t_{sat_desired}. Diese Spülzeit mi nimiert CO-Emissionen im Auspuffgas während der festgelegten Füllzeit t_FT. Diese Prozedur ergibt auch eine Ermittlung der Spülzeit t_{P_osc} für eingelagerten Sauer stoff, die von der direkt im Auffanggefäß eingelagerten Sauerstoffmenge abhängt. Sauerstoff kann im Auffanggefäß z. B. direkt in Form von Ceroxid absorbiert wer den. Die Spülzeit t_{P_osc} für eingelagerten Sauerstoff kann entweder durch Extrapo lation von zwei oder mehr Spülzeiten zum Punkt t_F = 0 oder durch Ausführung der t_P Optimierung in der Nähe des Punkts t_F = 0 durchgeführt werden. Der Ar beitspunkt T2 wird durch wohlüberlegtes Festsetzen von t_FT2 < t_FT und Auffinden von t_PT2 durch die Optimierung erreicht.

Die Fig. 7a veranschaulicht das Optimieren der Füllzeit t_F. Für eine gegebene Füllzeit t_FT wird die optimale Spülzeit t_PT gemäß Fig. 7 ermittelt. Dann wird durch schrittweise Annäherung an einen Wert t_FB, der ein wenig kleiner ist als der An fangswert t_FT und schrittweise Annäherung an einen Wert t_FA, der etwas größer als der Anfangswert t_FT ist, die Füllzeit schwankend (zitternd) angenähert. Die Spül zeitoptimierung wird an allen drei Punkten T, A und B angewendet, um die Variation von t_P abhängig von t_F zu ermitteln. Die Änderung in t_P von A nach T und auch von B nach T wird bewertet. In Fig. 7a ist die Änderung von B nach T größer als die Änderung von A nach T. Der Absolutwert dieser Differenzen wird so gesteuert oder geregelt, dass er innerhalb einer bestimmten Toleranz DELTA_MIN bleibt, wie es nachstehend bezogen auf Fig. 11 näher erläutert wird. Der Absolutwert der Diffe renzen ist proportional zur Steigung der Kurve, die t_P abhängig von t_F wiedergibt.

Dieser Optimierprozess definiert den Arbeitspunkt T als "Schulter" der t_P in Abhän gigkeit von t_F angebenden Kurve. T_psat stellt den Sättigungswert der Spülzeit für unendlich lange Füllzeiten dar.

Die Ergebnisse des Optimierprogramms für die Spülzeit t_P und die Füllzeit t_F sind in Fig. 8 für vier verschiedene Zustände des Auffanggefäßes gezeigt, die vier ver schiedene Auffangpegel für NO_x und Sauerstoff aufweisen. Sowohl die Spülzeit t_P als auch die Füllzeit t_F wurden unter Verwendung der in den Fig. 7 und 7a ver anschaulichten Prozeduren optimiert. Der durch Fig. 8 ermittelte Punkt wird als optimaler Arbeitspunkt T1 bezeichnet, für den die Spülzeit t_PT1 und die Füllzeit t_FT1 ist. Der Index "1" gibt einen Zustand A an und dass das Auffanggefäß nicht schlechter geworden ist. Mit Verschlechterung des Auffanggefäßes durch Schwe felverunreinigung, thermische Beschädigung und andere Faktoren werden Zustän de B, C und D des Auffanggefäßes erreicht. Die Spül- und Füllzeitoptimierpro gramme werden kontinuierlich gefahren, wenn quasistationäre Zustände des Mo tors vorliegen. Optimale Arbeitspunkte T2, T3 und T4 werden erreicht, die den Auffanggefäßzuständen B, C und D entsprechen. Sowohl das NO_x- Sättigungsniveau, das sich in t_PT1, t_PT2, t_PT3 und t_PT4 widerspiegelt, als auch die von der Sauerstoffeinlagerung abhängigen Spülzeiten t_PoscT1, t_PoscT2, t_PoscT3 und t_PoscT4 verändern sich mit dem Auffanggefäßzustand und werden typischerweise mit der Verschlechterung des Auffanggefäßes kleiner. Die Spülkraftstoffmenge für den NO_x-Anteil der Spülung ist gleich t_PNox = t_PT - t_Posc. Man erkennt, dass der Spülkraft stoffanteil für einen gegebenen Betriebszustand der Spülzeit äquivalent ist. Die Steuer/Regeleinheit 10 regelt den tatsächlichen Spülkraftstoffanteil durch Modifika tion der Zeitdauer, während der der Motor 20 mit einem vorbestimmten fetten Luft- Kraftstoffmischungsverhältnis betrieben wird. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird angenommen, dass die Spülzeit dem Spülkraftstoffanteil bei dem in der Be schreibung angenommenen Betriebszustand äquivalent ist. Auf diese Weise kann die für die eingelagerte NO_x-Masse und die Sauerstoffmenge benötigte Spülzeit direkt ermittelt und für die Diagnose und Regelung verwendet werden.

Fig. 9 veranschaulicht die Beziehung zwischen der NO_x-Spülzeit t_PNOx und der NO_x-Kapazität des Auffanggefäßes. Die Zustände A, B und C werden so entschie den, dass sich eine annehmbare NO_x-Speicherwirkung und ein akzeptabler Kraft stoffverbrauch ergeben, während Zustand D nicht annehmbar ist. Deshalb wird bei der Annäherung an Zustand D ein Entschwefelungsvorgang für das Auffanggefäß festgelegt, um die NO_x-Speicherkapazität des Auffanggefäßes wiederherzustellen und den Kraftstoffverbrauch, der mit einer hohen NO_x-Spülfrequenz einhergeht zu verringern. Die Änderung von t_Posc kann zusätzliche Information über die Alterung des Auffanggefäßes durch die Änderung der Sauerstoffspeicherung liefern.

Fig. 10 veranschaulicht ein Flussdiagramm für die Optimierung der Spülzeit t_P. Die Aufgabe dieses Programms ist die Optimierung der für die Spülung dienenden Luft- Kraftstoffmischungsverhältnisspitze für einen gegebenen Wert der Füllzeit t_F. Die ses Programm ist innerhalb der Software für die Systemoptimierung enthalten, wie sie weiter unten bezogen auf Fig. 11 erläutert wird. Im Entscheidungsblock 46 wird der Zustand eines Markierungskennzeichens für ein Spülereignis geprüft, und wenn das Kennzeichen gesetzt ist, wird eine Mager-NO_x-Spülung ausgeführt, die im Block 48 angedeutet ist. Das Markierungskennzeichen für einen Spülvorgang wird gesetzt, wenn die Füllung des Auffanggefäßes vollständig ist. Zum Beispiel würde das Markierungskennzeichen im Block 136 der Fig. 19 gesetzt werden, wenn die ses Festlegungsverfahren für ein Spülereignis verwendet wird. Im Block 50 werden die Ausgangsspannung des Sauerstoffsensors (EGO) während eines vorbestimm ten Datensammelfensters abgetastet und die Spitzenspannung V_P und die Über gangszeiten t₁ und t₂ ermittelt, falls diese auftreten. Während des Datensammel fensters wird die Signalformänderung des Ausgangssignals vom EGO-Sensor ab getastet, wie in Fig. 3 gezeigt. Wenn durch den Entscheidungsblock 52 festge stellt wurde, dass V_P größer als V_ref ist, ist, wie in den Blöcken 54 und 56 angege ben, die Sensorsättigungszeit t_sat proportional zu Δt₂₁, das ist die Zeitdauer, wäh rend der die Ausgangsspannung des EGO-Sensors über V_ref liegt. Im Falle V_P < V_ref, wird t_sat, wie in Block 58 angedeutet ist, aus einer linear extrapolierten Funktion ermittelt. Für diese Funktion, die in Fig. 6 gezeigt ist gilt, dass t_sat ermittelt wird, in dem es proportional zur Spitzenamplitude V_P gemacht wird. Damit erzielt man ei nen glatten Übergang vom Fall V_P < V_ref zu dem Fall V_P < V_ref und erreicht damit eine kontinuierliche positive und negative Fehlerfunktion t_{sat_error} (k), wie sie Block 60 andeutet, die sich für eine rückkoppelnde Regelung eignet, wobei diese Fehler funktion t_{sat_error} (k) gleich einem gewünschten Wert oder t_{sat_desired} für die Sätti gungszeit des Sensors minus der aktuellen Sättigungszeit t_sat ist. Die Fehlerfunktion t_{sat_error} (k) wird dann im Block 62 dadurch normalisiert, dass man sie durch die ge wünschte Sensorsättigungszeit t_{sat_desired} dividiert.

Der sich daraus ergebende normalisierte Fehler t_{sat_error_norm} (k) wird als Eingangs größe für einen rückkoppelnden Regler, z. B. einen PID-Regler (Proportional- Differential-Integral-Regler) verwendet. Die Ausgangsgröße des PID-Reglers ist ein multiplikativer Korrekturfaktor für die Spülzeit des Auffanggefäßes oder PURGE_MUL, wie er in Block 64 gezeigt ist. Zwischen t_{sat_error_norm} (k) und PURGE_MUL gibt es eine direkte monotone Beziehung. Wenn t_{sat_error_norm} (k) < 0 ist, ist das Auffanggefäß unteroptimal gespült und PURGE_MUL muss von seinem Grundwert aus erhöht werden, um mehr CO für die Spülung von NO_x zu liefern. Wenn t_{sat_error_norm} (k) < 0 ist, ist das Auffanggefäß übermäßig gespült und PURGE_MUL muss von seinem Grundwert aus verringert werden um für die NO_x- Spülung weniger CO zu liefern. Dies ergibt, wie in Block 66 angedeutet ist, einen neuen Wert für die Spülzeit t_P(k + 1) = t_P(k) × PURGE_MUL. Die Optimierung der Spülzeit wird fortgesetzt bis der Absolutwert der Differenz zwischen dem alten und dem neuen Spülzeitwert kleiner als eine erlaubte Toleranz wird, wie dies in den Blöcken 68 und 70 angegeben ist. Wenn |t_P(k + 1) - t_P(k)| ≧ ε ist, bedeutet dies, dass die optimale Spülzeit t_P von der PID-Regelung nicht innerhalb der erlaubten Tole ranz ε liegt. Demgemäß, wird, wie Block 70 angibt, die im Block 66 berechnete neue Spülzeit in den darauffolgenden Spülzyklen verwendet bis Block 68 erfüllt ist. Die Füllzeit t_F wird unter Verwendung der (weiter unten) angeführten Gleichung (2) während der t_P-Optimierung nach Bedarf abgeglichen, bis die optimale Spülzeit t_P erreicht ist. Wenn |t_P(k + 1) - t_P(k)| < ε ist, konvergiert die Spülzeitoptimierung, und der Momentanwert der Spülzeit wird, wie Block 72 angibt, gespeichert und die Op timierprozedur kann zu dem in Fig. 11 gezeigten Programm für die Optimierung der Zeit t_F zurückkehren. Statt nur die Spülzeit t_P zu ändern, kann auch die relative Anreicherung der für das Spülereignis (siehe Fig. 3) verwendeten Luft- Kraftstoffmischung in gleicher Weise verändert werden.

Fig. 11 zeigt ein Flussdiagram für die Systemoptimierung, die sowohl die Spülzeit- als auch die Füllzeitoptimierung einschließt. Die Füllzeitoptimierung wird gemäß Block 74 nur durchgeführt, wenn der Motor im quasistationären Betrieb arbeitet. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass ein quasistationärer Betrieb dann vor liegt, wenn die Änderungsraten bestimmter Motorbetriebsparameter, wie Mo tordrehzahl, Motorlast, Luftströmung, Zündzeitpunkt, Abgasrückführung EGR un terhalb bestimmter Niveaus liegen. Im Block 76 wird die Schrittweite FILL_STEP für die Füllzeit gleich STEP_SIZE gewählt, die, wenn FILL_STEP < 0 ist, eine verlän gerte Füllzeit ergibt. Wie nachstehend erläutert und in Fig. 14 dargestellt ist, wird STEP_SIZE für die Kapazitätsnutzungsrate R_ij abgeglichen.

Im Block 78 wird die oben bezogen auf Fig. 10 beschriebene Spülzeitoptimierung ausgeführt. Durch sie wird die Spülzeit t_P für eine gegebene Füllzeit optimiert. Die Größe PURGE_MUL am Ende der in Block 78 ausgeführten Spülzeitoptimierung wird als Größe CTRL_START gespeichert und, wie Block 80 andeutet, der Füll zeitmultiplikationsfaktor FILL_MUL um FILL_STEP inkrementiert. Der Füllschritt wird mit FILL_MUL im Block 82 multipliziert und damit die schrittweise Näherung von t_F gefördert. Im Block 84 wird die Spüloptimierung von Fig. 10 für den neuen Wert der Füllzeit t_F(k + 1) durchgeführt. Die am Ende der in Fig. 10 ausgeführten Spülzeitoptimierung erreichte Größe PURGE_MUL wird als Wert CTRL_END im Block 86 gespeichert. Die Änderung des Spülmultiplikationsfaktors CTRL_DIFF = ABS(CTRL_END-CTRL_START) wird auch in Block 86 gespeichert und im Block 88 mit einem Referenzwert DELTA_MIN verglichen. DELTA_MIN entspricht der anhand Fig. 7a erläuterten Toleranz, und CTRL_END und CTRL_START entspre chen den beiden Werten von t_P, die in Fig. 7a bei A und T oder bei B und T ge funden wurden. Wenn die Änderung des Spülmultiplikationsfaktors größer als DELTA_MIN ist, wird das Vorzeichen von FILL_STEP geändert, um so eine opti male Füllzeit in entgegengesetzter Richtung aufzufinden, wie dies im Block 90 an gedeutet ist. Wenn die Änderung des Spülmultiplikationsfaktor kleiner als DELTA_MIN ist wird die Suche nach einer optimalen Füllzeit t_F in der selben Rich tung fortgesetzt, wie dies in Block 92 angedeutet ist. In Block 94 wird FILL_MUL mit der gewählten Schrittweite FILL_STEP inkrementiert. In Block 96 wird die Füllzeit t_F(k + 1) durch Multiplikation mit FILL_MUL verändert. Das Ergebnis ist die Auswahl des Optimalwertpunkts t_PT als Arbeitspunkt und die kontinuierliche Zitter- oder Schwankungsbewegung um diesen Arbeitspunkt. Wenn der Motor während dieser Prozedur nicht im quasistationären Zustand arbeitet, wird, wie Block 74 andeutet, die Füllzeitoptimierroutine verlassen und die in der weiter unten angeführten Glei chung (2) angegebene Füllzeit verwendet.

Fig. 12 veranschaulicht ein Flußdiagramm für ein Programm für erfindungsgemä ße Entschwefelung des Auffanggefäßes. Im Block 100 wird aus einer Verweista belle ein Referenzwert t_PNOxref ausgelesen, der die Spülzeit für ein nicht ver schlechtertes Auffanggefäß bei gegebenen Betriebsbedingungen darstellt. Der Wert t_PNOxref kann eine Funktion der Luftmassenströmung des Luft/Kraftstoff mischungsverhälnisses und anderer Parameter sein. Im Block 102 wird die mo mentane Spülzeit t_P(k) erneut aufgerufen und mit t_PNOxref minus eines vorbestimm ten Toleranzwerts TOL verglichen und wenn sich ergibt, dass t_P(k) < t_PNOxref - TOL ist, wird eine Entschwefelung des Auffanggefäßes festgelegt. Die Entschwefelung umfasst eine annähernd zehn Minuten dauernde Erhitzung des Auffanggefäßes auf annähernd 650°C, mit einer Luft/Kraftstoffmischung, die fetter ist als das stöchio metrische Mischungsverhältnis und einen Wert von 0,98 λ hat. Ein Entschwefe lungszähler D wird im Block 104 zurückgesetzt und immer dann weiter gezählt, wenn ein Entschwefelungsprozess ausgeführt wird, wie in Block 106 angedeutet ist. Nach Beendigung des Entwefelungsprozesses werden im Block 108, wie zuvor in Verbindung mit Fig. 11 beschrieben wurde, die optimale Spül- und Füllzeit ermit telt. Die neue Spülzeit t_P(k + 1) wird mit der Referenzzeit t_PNOxref minus dem Tole ranzwert TOL im Block 110 verglichen, und wenn sich im Entscheidungsblock 112 ergibt, dass t_P(k + 1) < t_PNOxref - TOL ist, werden wenigstens zwei zusätzliche Ent schwefelungen ausgeführt. Wenn das Auffanggefäß den Test immer noch nicht besteht, wird, wie Block 114 andeutet, eine eine Fehlfunktion angebende Anzeige lampe (MIL) beleuchtet, und das Auffanggefäß sollte dann durch ein neues ersetzt werden. Wenn die Bedingung erfüllt ist und t_P(k) ≧ t_PNOxref - TOL ist. Hat sich das Auffanggefäß 34 nicht in einem Ausmaß verschlechtert, das eine sofortige Wartung erforderlich macht, und es wird wieder im Normalbetrieb gearbeitet.

Ein NO_x Spülereignis wird festgelegt, wenn eine gegebene Kapazität, die geringer ist als die tatsächliche Kapazität des Auffanggefäßes 34 gefüllt, oder durch die Ein lagerung von NO_x aufgebraucht wurde. Sauerstoff wird im Auffanggefäß entweder in Form von Ceroxid oder als NO_x eingelagert, und die Summe beider stellt die Menge des gespeicherten Sauerstoffträgers dar. Fig. 13 veranschaulicht die Be ziehung zwischen dem im Auffanggefäß 34 eingelagerten Sauerstoffträger und der Zeitdauer während der der Eingang des Auffanggefäßes 34 einer NO_x-Strömung unterworfen ist. Die NO_x-Einlagerung geschieht mit geringerer Geschwindigkeit als die der Sauerstoffeinlagerung. Der optimale Arbeitspunkt bezogen auf die NO_x- Erzeugungszeit entspricht der "Schulter" der Kurve oder etwa 60-70% der relativen NO_x-Erzeugungszeit dieser Figur. Ein Wert von 100% auf der Abszisse entspricht der gesättigten NO_x-Kapazität des Auffanggefäßes 34. Die Werte für gespeichertes NO_x und gespeicherten Sauerstoff sind ebenfalls gezeigt. Die Kapazitätsnutzungs rate R_ij ist die Anfangssteigung dieser Kurve, der Prozentsatz des gespeicherten Sauerstoffträgers dividiert durch den Prozentsatz der NO_x-Erzeugungszeit.

Fig. 14 gleicht Fig. 13 mit Ausnahme, dass der relative Anteil des Spülkraftstoffs über der relativen Füllzeit t_F aufgetragen ist. Die Kapazitätsnutzungsrate R_ij (% des Spülkraftstoffs/% der Füllzeit) ist als Anfangssteigung dieser Kurve erkenntlich. Für eine gegebene Kalibrierung des Luft-Kraftstoffmischungsverhältnisses, der rückführenden Abgasrate EGR und des Zündzeitpunkts SPK für gegebene Dreh zahl und Last, ist die Beziehung der relativen Menge des erzeugten NO_x linear von der relativen Füllrate t_F abhängig. Fig. 14 veranschaulicht die Beziehung zwischen der zum Spülen des Auffanggefäßes verwendeten Menge von HC und CO enthal tendem Spülkraftstoff und der Zeitdauer während der der Einlang des Auffangge fäßes einer NO_x-Strömung unterworfen ist. Die zum Spülen benötigte Kraftstoff menge ist aufgeteilt zwischen der zum Spülen des eingelagerten Sauerstoffs und der zum Spülen des als Nitrat gespeicherten NO_x benötigten Menge.

Die Abnahme der NO_x-Speicherkapazität in dem Auffanggefäß läßt sich durch die folgenden Gleichungen ausdrücken

Die grundlegende oder nicht modifizierte Auffanggefäßkapazitätsnutzung RS(%) ist durch Gleichung (1) angegeben, die eine zeitlich gewichtete Aufsummierung der Zellenfüllrate R_ij(%/s) über alle von dem Füllvorgang des Auffanggefäßes ange steuerten Arbeitszellen als Funktion von Drehzahl und Last darstellt. Die relative Füllrate der Zelle R_ij(% Spülkraftstoff/% Füllzeitdauer) erhält man durch Division der Änderung der Spülzeitdauer durch die Füllzeit t_F, die einer 100%igen Füllung für diese Zelle entspricht. Es ist zu bemerken, dass Gleichung (1) nur als Bezugsgröße vorgesehen ist, während Gleichung (2) mit ihren Modifizierfaktoren die echte Ar beitsgleichung ist. Die Modifizierfaktoren in Gleichung (2) sind M₁(T) für die Tempe ratur T des Auffanggefäßes, M₂ für das Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis (AFR), M₃ für die zurückgeführte Abgasmenge (EGR) und M₄ für die Vorverstellung SPK des Zündzeitpunkts. Die einzelnen Füllraten R_ij der Zellen werden bis zu einem Be trag unter 100% summiert, an dem die Kapazität des Auffanggefäßes im wesentli chen erreicht jedoch nicht voll genutzt ist. Für diese Kapazität ergibt die Summe t_F der in allen Zellen verbrachten Zeiten die Füllzeit des Auffanggefäßes. Das Ergeb nis dieser Berechnung, das sich aus Gleichung (2) ergibt, ist die tatsächliche Kapa zitätsnutzung RSM(%) des Auffanggefäßes. Die Grundfüllrate für einen gegebenen Bereich wird mit der in diesem Bereich verbrachten Zeit t_k multipliziert, dann multi pliziert mit M₂, M₃ und M₄ und kontinuierlich aufsummiert. Die Summe wird durch den Temperaturmodifizierfaktor M₁(T) verändert. Wenn die so modifizierte Summe RSM nahe 100% kommt, ist das Auffanggefäß nahezu vollständig mit NO_x gefüllt und ein Spülvorgang wird festgelegt.

Fig. 15 zeigt eine Kennfeldtabelle mit gespeicherten Daten der Grundfüllrate R_ij des Auffanggefäßes. Das Gesamtsystem, das aus Motor und Abgasreinigungssy stem besteht, das den Dreiwege-Katalysator und das Auffanggefäß enthält, ist über ein Drehzahl-Lastmatrix-Kennfeld abgebildet. Eine repräsentative Kalibrierung des Luft-Kraftstoffmischungsverhältnisses ("AFR"), der Abgasrückführung EGR und der Vorverlegung des Zündzeitpunkts wird verwendet. Die Temperatur T_ij des Auffang gefäßes wird für jeden Drehzahl-Lastbereich aufgezeichnet. Die Fig. 16a-16d zeigen repräsentative tabellarische Darstellungen der Kennfeldzustände für das Luft-Kraftstoffmischungsverhältnis, die Abgasrückführung, EGR die Vorverlegung des Zündzeitpunkts und für die Temperatur T_ij des Auffanggefäßes, für die die Füll raten R_ij des Auffanggefäßes in Fig. 15 ermittelt wurde.

Wenn die aktuellen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs von den in Fig. 16 auf gezeichneten Kennfeldzuständen abweichen, erfolgen Korrekturen der Modifizier faktoren M₁(T), M₂(AFR), M₃(EGR) und M₄ (Zündzeitpunktsvorverlegung). Die Kor rektur für M₁(T) ist in Fig. 17 gezeigt. Da die NO_x Absorptionskapazität des Auf fanggefäßes einen maximalen Wert bei einer optimalen Temperatur T₀ erreicht, die bei einem Ausführungsbeispiel 350°C ist, erfolgt, wie gezeigt, eine Korrektur, die die NO_x-Kapazität des Auffanggefäßes verringert, wenn dessen Temperatur T über die optimale Temperatur T₀ ansteigt oder darunter abfällt.

Die Fig. 18a-18c zeigen Korrekturen der Modifizierfaktoren M₂, M₃ und M₄. Diese Korrekturen werden angewendet, wenn die Istwerte des Luft- Kraftstoffmischungsverhältnisses, der zurückgeführten Abgasmenge und der Vor verlegung des Zündzeitpunkts sich von den im Kennfeld von Fig. 15 gespeicher ten Werten unterscheiden.

Die Fig. 19 zeigt das Flussdiagramm zur Ermittlung der Grundfüllzeit des Auffang gefäßes 34, das heißt, wenn die Zeit zum Spülen des Auffanggefäßes 34 gekom men ist. Wenn, wie in Block 120 ermittelt, ein Spülvorgang vervollständigt wurde und der Motor im Mager-Betrieb läuft, wie Block 122 feststellt, wird das Auffangge fäß gefüllt, wie Block 124 andeutet. Die Füllzeit beruht auf einer Abschätzung der Abnahme der NO_x-Speicherkapazität R_ij mit einer geeigneten Modifikation für das Luft-Krafstoffmischungsverhältnis, für die Abgasrückführmenge EGR, die Vorverle gung des Zündzeitpunkts und die Temperatur des Auffanggefäßes. Im Block 126 wird die Motordrehzahl und die Last ausgelesen und darauf im Block 128 aus einer die Drehzahl und die Last als Eingangsindizes verwendenden Verweistabelle eine Grundfüllrate R_ij ermittelt (Fig. 15). Die Auffanggefäßtemperatur, das Luft- Krafstoffmischungsverhältnis des Motors, die zurückgeführte Abgasmenge, die Zündzeitpunktvorverlegung sowie die Zeit t_k werden im Block 130 ermittelt (Fig. 16a-16d) und im Block 132 zur Berechnung einer zeitlich gewichteten Summe RSM verwendet, die auf der in einem gegebenen Drehzahl-Lastbereich verbrachten Zeitdauer beruht. Wenn sich RSM 100% nähert, wird ein Spülvorgang festgelegt, wie durch die Blöcke 134 und 136 angegeben ist. Andernfalls geht der Füllprozess des Auffanggefäßes im Block 122 weiter. Die in Fig. 19 ermittelte Füllzeit ist die Grundfüllzeit, und diese wird sich verändern wenn das Auffanggefäß verschwefelt ist oder eine thermische Beschädigung erfuhr. Jedoch wird mit den weiter oben be schriebenen Prozeduren (Fig. 7a, 8 und 11), wo die optimale Füllzeit durch ei nen Zittervorgang bestimmt wurde die Notwendigkeit eines Entschwefelungs vorgangs festgestellt und außerdem ob eine thermische Beschädigung des Auf fanggefäßes eingetreten ist.

Der festgesetzte Wert für die Spülzeit t_p muss einen Bestandteil t_posc für die Sauer stoffspülung und t_pNOx für die NO_x-Spülung enthalten. Deshalb ist t_P = t_Posc + t_PNOx. Die Steuer/Regeleinheit 10 enthält eine Verweistabelle, die den Wert von t_Posc zur Verfügung stellt, der stark von der Temperatur abhängt. Für ein Auffanggefäß, das Ceroxid enthält, gehorcht t_Posc der Arrheniusschen Gleichung. T_Posc = C_exp(-E/kT), wobei C eine Konstante ist, die von Art und Zustand des Auffanggefäßes abhängt, E eine Aktivierenergie und T die absolute Temperatur sind.

Obwohl in der vorangehenden Beschreibung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Detail beschrieben wurde, werden die einschlägigen Fachleute ohne weiteres erkennen, dass Merkmale der Erfindung in verschiedener Weise, ohne vom Umfang der beiliegenden Patentansprüche abzuweichen, verändert wer den können.

Claims

1. Verfahren zur Regelung des Spülvorgangs einer NO_x-Menge, die zuvor in ei nem Mager-NO_x-Auffanggefäß aufgefangen worden ist, das Bestandteil eines Abgasreinigungssystems eines Verbrennungsmotors ist, welches einen Fühler enthält, der zur Erzeugung eines die Sauerstoffkonzentration in dem durch das Auffanggefäß vom Motor strömenden Abgas angebenden Signals einge richtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren aufweist:
Ermitteln der zuvor in dem Auffanggefäß eingelagerten Sauerstoffmenge auf der Basis der Spitzenamplitude des Signals vom Sauerstofffühler, das wäh rend eines ersten Spülvorgangs des Auffanggefäßes erzeugt wurde;
Spülen von NO_x aus dem Auffanggefäß mit einer Frequenz, die zu der im Auffanggefäß eingelagerten NO_x Menge invers ist, und Ausführen eines Ent schwefelungsvorgangs des Auffanggefäßes zur Wiederherstellung der Kapa zität des Auffanggefäßes, wenn die Spülzeit kürzer als eine vorbestimmte mi nimale Spülzeit ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verschlech terung des Auffanggefäßes angezeigt ist, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Entschwefelungsvorgängen des Auffanggefäßes ausgeführt werden, ohne dass sich die Spülzeit verlängert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dass es weiter enthält:
Erzeugung eines Spülabgleichmultiplikators abhängig von der Kapazität des Auffanggefäßes;
Abgleichen der Füllzeit als Funktion des Multiplikators, um damit eine Spei cherung einer NO_x-Menge zu erreichen, die ausreicht, das Auffanggefäß bis zu einem vorbestimmten Bruchteil seiner Kapazität aufzufüllen.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anfangswert der Füllzeit des Auffanggefäßes aus einer Verweistabelle als Funktion der Motordrehzahl und der Last ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anfangswert der Füllzeit des Auffanggefäßes aus einer Verweistabelle als Funktion einer Luftmassenströmungsrate ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anfangswert der Füllzeit des Auffanggefäßes eine inverse Potenz des Produkts aus Mo torlast und Motordrehzahl ist.

7. Verfahren zum Füllen und Spülen eines Mager-NO_x-Auffanggefäßes, das im Abgasweg eines Verbrennungsmotors stromaufwärts eines Sauerstofffühlers so liegt, dass das Auffanggefäß während einer Füllzeit im wesentlichen bis zu seiner Kapazität gefüllt und während einer darauf folgenden Spülzeit im we sentlichen geleert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf weist:
Durch zeitliche Integration der einer Kennwerttabelle entnommenen Füllrate, mit der sich das Auffanggefäß füllt wird eine Information abgeleitet, ob das Auffanggefäß bis zu einem vorbestimmten Bruchteil seiner Kapazität mit NO_x gefüllt worden ist;
ein Spülvorgang wird ausgeführt, bei dem die Stärke des Spülvorgangs gera de dazu ausreicht, das im Auffanggefäß eingelagerte NO_x auszuspülen, in dem das Ausgangssignal des Sauerstofffühlers unter Verwendung einer Zeit- und spannungsabhängigen Sauerstofffühlermetrik überwacht und die Spülzeit kontinuierlich auf ihren optimalen Wert so abgeglichen wird, dass die Spül stärke zum Ausspülen des NO_x aus dem Auffanggefäß gerade ausreicht;
kontinuierlich wird die Spülzeit mit einer Referenzspülzeit verglichen, die der eines verschlechterten Auffanggefäßes entspricht, und wenn die Referenz spülzeit überschritten wird, werden ein oder mehrere Entschwefelungsvor gänge eingeleitet;
die optimale Spülzeit wird nach der Entschwefelung mit der Referenzspülzeit verglichen, und
wenn die Spülzeit dann nicht wieder einen Wert länger als die Referenzspül zeit annimmt, wird eine Verschlechterung des Auffanggefäßes angezeigt.

8. System zur Regelung des Spülvorgangs eines im Abgasweg eines Verbren nungsmotors liegenden Mager-NO_x-Auffanggefäßes, dadurch gekennzeich net, dass das System aufweist:
einen Sauerstofffühler, der auf das durch das Auffanggefäß strömende Abgas anspricht;
ein Steuer/Regelmodul, das dazu programmiert ist, die Menge des im Auf fanggefäß eingelagerten NO_x auf der Grundlage einer Spitzenamplitude der vom Sauerstofffühler abgeleiteten Spannung während eines Spülvorgangs des Auffangefäßes zu ermitteln, wobei das Steuer/Regelmodul weiterhin dazu programmiert ist, das Auffanggefäß von NO_x mit einer Frequenz zu spülen, die in inverser Beziehung zur Menge des im Auffanggefäß eingelagerten NO_x steht und einen Entschwefelungsvorgang des Auffanggefäßes zur Wieder herstellung seiner Kapazität durchzuführen, wenn die Spülzeit kürzer als eine vorbestimmte minimale Spülzeit ist.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Steu er/Regelmodul weiterhin dazu programmiert ist, eine Verschlechterung des Auffanggefäßes anzuzeigen, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Entschwe felungsvorgängen des Auffanggefäßes ausgeführt wurde, ohne dass sich die Spülzeit verlängert hat.

10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steu er/Regelmodul weiterhin dazu programmiert ist, einen Spülzeitabgleichmulti plikator abhängig von der Kapazität des Auffanggefäßes zu erzeugen und die Füllzeit als Funktion des Multiplikators abzugleichen, um die Einlagerung einer ausreichenden NO_x-Menge zum Füllen des Auffanggefäßes bis zu einem vor bestimmten Bruchteil seiner Kapazität zu erzielen.