DE19744738A1 - Verfahren sowie Vorrichtung zur Überwachung der Wirksamkeit einer NOx-Falle - Google Patents

Verfahren sowie Vorrichtung zur Überwachung der Wirksamkeit einer NOx-Falle

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Überwachung des Zustandes und der Leistung bzw. Wirksamkeit von im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine installierten bzw. eingebauten Abgas-Rei­ nigungsvorrichtungen.
Derzeit werden Stickoxid(NOx)-Fallen als eine mögliche Abgas- Nachbehandlungs-Technologie für Magergemisch-Maschinen ange­ sehen. Bei der NOx-Fallen-Technologie werden üblicherweise Alkalimetall oder erdalkalische Materialien in Verbindung mit Platin eingesetzt, um NOx bei Mager-Betriebsbedingungen zu speichern oder zu okkludieren. Der Mechanismus für die NOx-Speicherung schließt die Oxidation von NO zu NO2 über dem Platin ein, gefolgt von der anschließenden Bildung eines Ni­ tratkomplexes mit dem alkalischen Metall oder des Erdalkalis. Unter stöchiometrischen oder fetten Bedingungen sind die Nitratkomplexe thermodynamisch instabil. Das gespeicherte NOx wird freigegeben und durch den Überschuß an CO, H2 und HCs im Abgas bzw. in der Abgasanlage katalytisch reduziert.
Wenn im Laufe der Zeit die Wirksamkeit der NOx-Falle schlech­ ter wird, nimmt deren Fähigkeit, Schadstoffe abzuscheiden ab, was einen Anstieg der Luftverschmutzung zur Folge hat. Des­ halb ist es wünschenswert, daß mittels einer implementierten bzw. durchgeführten NOx-Fallen-Technologie eine von einem Bordcomputer unterstützte bzw. gesteuerte Diagnoseanzeige ei­ ner Verschlechterung oder Wirksamkeitsabnahme der NOx-Falle über eine vorgegebene Grenze hinaus geschaffen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Durchführen von Bordmessungen der NOx-Fallen-Sorption vorgesehen, das bzw. die eine Überwachung und Bewer­ tung bzw. Auswertung der NOx-Fallen-Wirksamkeit mittels eines Fahrzeug-Bordcomputers ermöglicht.
Es wurde festgestellt, daß während einer NOx-Fallenreinigung die Mager-zu-Fett-Ansprechzeit (TLR) eines HEGO (beheizten Abgassauerstoff)-Sensors, der stromabwärts der NOx-Falle po­ sitioniert ist, um einen Betrag verringert ist, der propor­ tional zu der in der Falle gespeicherten NOx-Menge ist. Wenn das NOx-Sorptionsvermögen ansteigt, wird mehr NOx in der Falle gespeichert und die TLR des stromabwärts angeordneten HEGO-Sensors nimmt ebenfalls zu.
Basierend auf der vorstehend beschriebenen Feststellung schlägt die vorliegende Erfindung vor, dieses Zeitintervall zwischen der Einleitung des Reinigungsvorganges und dem Schalten des stromabwärtigen HEGO-Sensors als einen Indikator für die NOx-Menge zu verwenden, die während der vorangegange­ nen Mager-Betriebsperiode in der NOx-Falle gespeichert war bzw. wurde. Diese Zeitverzögerung wird auch in einer Diagno­ seroutine zum Anzeigen der Abnahme der NOx-Fallenleistung auf ein Maß, das Beachtung durch Wartungspersonal erfordert, ver­ wendet.
Insbesondere werden bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zwei HEGO-Sensoren eingesetzt, von denen der eine stromaufwärts der NOx-Falle und der andere stromabwärts der NOx-Falle positioniert ist. Wenn das Luft/Kraftstoff(A/F)- Verhältnis der Maschine von einem mageren zu einem stöchiome­ trischen oder zu einem fetten Betrieb reduziert wird, um die NOx-Falle zu regenerieren (d. h. um das gespeicherte NOx zu entfernen und anschließend in N2 zu überführen), liefert die Differenz zwischen TLR für den stromaufwärtigen und für den stromabwärtigen HEGO-Sensor ein quantitatives Maß für die NOx-Menge, die in der NOx-Falle während der vorangegangenen Mager-Betriebsperiode gespeichert war bzw. wurde. Diese Schätzung der von der Falle gespeicherten NOx-Menge wird auf eine vorausgesagte, von der Maschine erzeugte NOx-Menge bezo­ gen, um die Betriebsleistung oder das Leistungsvermögen bzw. den Wirkungsgrad der NOx-Falle abzuleiten. Auch das Differen­ tial des Ausgangsspannungssignals zwischen dem stromabwärti­ gen und dem stromaufwärtigen HEGO-Sensor wird überprüft, um zu bestimmen, wann die NOx-Reinigung zu beenden ist.
Wenn der Sorptionswirkungsgrad der Falle unter einen vorgege­ benen Wirkungsgrad fällt, wird die Mager-Betriebszeit ver­ suchsweise reduziert, um den Wirkungsgrad zu verbessern. Falls und wenn die reduzierte Mager-Zeitdauer unter eine vor­ gegebene minimale Mager-Betriebszeit abfällt, wird eine Schwefelreinigung der Falle als wünschenswert angesehen und durchgeführt.
Falls das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Schwefel­ reinigungen kleiner als ein vorgegebenes Intervall wird, zeigt dies eine Verschlechterung der Falle über denjenigen Grad hinaus an, der durch die normalen Reinigungsvorgänge be­ hoben werden kann. Dementsprechend wird der Mager-Maschinen­ betriebs-Fahrmodus beendet und eine Betriebsweise mit stö­ chiometrischem Modus mit geschlossenem Regelkreis aufgenom­ men. Weiterhin wird eine Anzeigelampe eingeschaltet, so daß eine Betriebsperson geeignete Abhilfe leisten kann.
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung dient die nachfolgende detaillierte beispielhafte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 ein Gesamt-Blockdiagramm des Steuersystems der vor­ liegenden Erfindung;
Fig. 2 und 3 eine graphische Darstellung einer ähnlichen quantitativen Beziehung zwischen dem %NOx-Sorptions­ wirkungsgrad und der Mager-zu-Fett-Schaltzeit eines stromabwärtigen Sauerstoffsensors über einen Tempera­ turbereich;
Fig. 4 die Mager-zu-Fett-Schaltzeit eines stromabwärtigen Sauerstoffsensors, welche im wesentlichen direkt pro­ portional zu der in der Falle gespeicherten NOx-Menge ist;
Fig. 5 ein Flußdiagramm, das die Bedingungen darstellt, un­ ter denen in einen Mager-Maschinenbetriebs-Fahrmodus eingetreten wird;
Fig. 6a und 6b Taktdiagramme mit einer Darstellung des Steu­ erns der Einleitung und der Beendigung des NOx-Reini­ gungsvorganges;
Fig. 7 ein Flußdiagramm, das die Bedingungen darstellt, un­ ter denen das Zeitintervall für den Magermodus einge­ stellt wird;
Fig. 8 ein Flußdiagramm, das sowohl die Bedingungen, unter denen eine Schwefelreinigung durchgeführt wird, als auch die Umstände darstellt, unter denen der Mager-Fahrmodus beendet und eine Anzeigelampe eingeschaltet wird.
In Fig. 1 ist ein Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine Kraftstoffpumpe 10 pumpt Kraftstoff aus ei­ nem Tank 12 durch eine Kraftstoffleitung 14 zu einem Satz von Einspritzeinrichtungen 16, die Kraftstoff in eine Brenn­ kraftmaschine 18 einspritzen. Die Kraftstoff-Einspritzein­ richtungen 16 sind herkömmlich konstruiert und dahingehend positioniert, Kraftstoff in ihre zugeordneten Zylinder in ge­ nauen Mengen, wie von einer elektronischen Maschinen-Steu­ erungseinrichtung (EEC) 20 bestimmt, einzuspritzen. Der Kraftstofftank 12 enthält flüssige Kraftstoffe, wie z. B. Benzin, Methanol oder eine Kombination unterschiedlicher Kraftstoffe.
Ein Abgassystem 22 mit einem oder mehreren Auspuffrohren und einem Auspuffflansch, insgesamt mit 24 bezeichnet, transpor­ tiert Abgas, das bei Verbrennung eines Luft/Kraftstoff-Gemi­ sches in der Maschine entsteht, zu einem herkömmlichen kata­ lytischen Dreiwege-Wandler 26. Der Wandler 26 weist Katalysa­ tormaterial auf, welches das Abgas chemisch ändert, um ein katalysiertes Abgas zu erzeugen. Ein beheizter Abgassauer­ stoff(HEGO)-Sensor 28 stellt den Sauerstoffgehalt des von der Maschine 18 erzeugten Abgases fest und übermittelt ein reprä­ sentatives Signal über eine Leitung 30 zur EEC 20. Eine NOx-Falle 32 ist stromabwärts des Wandlers 26 angeordnet, um Stickstoffoxide abzuscheiden, die in dem aus dem Wandler aus­ tretenden Gas enthalten sind. Ein HEGO-Sensor 34 stellt den Sauerstoffgehalt des Abgases stromaufwärts der Falle 32 fest, während ein HEGO-Sensor 36 den Sauerstoffgehalt des Abgases stromabwärts der Falle 32 feststellt. Die Sensoren 34 und 36 übertragen über jeweilige Leitungen 38 und 40 Signale zur EEC 20.
Weitere Sensoren, allgemein mit 46 bezeichnet, versorgen die EEC 20 über eine Leitung 50 mit zusätzlichen Informationen über die Maschinenleistung, wie zum Beispiel über die Kurbel­ wellen-Stellung, die Winkelgeschwindigkeit, die Drosselstel­ lung, die Lufttemperatur, etc. Die Informationen dieser Sen­ soren werden von der EEC 20 zur Steuerung des Maschinenbe­ triebes verwendet.
Von einem am Lufteinlaß der Maschine 18 positionierten Sensor 48 für den Luftmengenstrom wird die Luftmenge festgestellt, die in ein Einlaßsystem der Maschine angesaugt wird. Der EEC 20 liefert ein Luftstrom-Signal über eine Leitung 52. Das Luftstrom-Signal wird von der EEC 20 zur Berechnung eines Wertes (in 1bs./min.) genutzt, der die in das Einlaßsystem strömende Luftmenge anzeigt.
Die EEC 20 weist einen Mikrocomputer auf mit einer Zen­ traleinheit (CPU) 54, einem Nurlese-Speicher (ROM) 56 zum Speichern von Steuerungsprogrammen, einem Speicher mit wahl­ freiem Zugriff (RAM) 58 zur temporären Datenspeicherung, der auch für Zähler und Zeitgeber verwendet werden kann, und mit einem Fehler- bzw. Erhaltungsspeicher (KAM) 60 zum Speichern gelernter Wörter. Daten werden über allgemein mit 62 bezeich­ nete E/A-Anschlüsse bzw. -Kanäle eingegeben und ausgegeben und intern über einen herkömmlichen, allgemein mit 64 be­ zeichneten Datenbus übertragen. Die EEC 20 übermittelt ein Kraftstoff-Einspritzeinrichtungssignal an die Einspritzein­ richtungen 16 über eine Signalleitung 64. Das Kraftstoff-Ein­ spritzeinrichtungssignal wird mit der Zeit von der EEC 20 va­ riiert, um ein von der EEC 20 festgelegtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechtzuerhalten. Eine mit 66 bezeichnete An­ zeigelampe wird von der EEC 20 gesteuert, um eine von Einga­ bedaten aus den verschiedenen Sensoren bestimmte Anzeige für den Zustand der NOx-Falle 32 zu erzeugen, wie nachfolgend nä­ her beschrieben wird.
Das im ROM 58 gespeicherte Programm implementiert eine Luft/Kraftstoff-Strategie, bei der die Maschine in einem Ma­ germodus oder mit einem relativ hohen Luft/Kraftstoff-Ver­ hältnis (A/F) betrieben wird, um unter bestimmten Dreh­ zahl/Last-Bedingungen der Maschine Kraftstoff zu sparen. Wäh­ rend des Magermodus sammelt sich NOx und SOx in der NOx-Falle an. Wenn vorgegebene Kriterien erfüllt sind, die eine im we­ sentlichen vollständige Sorption der Falle 32 anzeigen, wird A/F auf ein relativ fettes Gemisch umgeschaltet, um die Falle von NOx zu reinigen. Nachdem der Reinigungsmodus abgeschlos­ sen ist, kehrt die EEC zum Mager-Betriebsmodus zurück. Alter­ nativ kann das EEC-Programm einen stöchiometrischen Betriebs­ modus anstatt des fetten Modus zum Reinigen der Falle von NOx aufrufen.
Nachfolgend wird auf Fig. 2, 3 und 4 Bezug genommen, in denen die Beziehung zwischen der Mager-zu-Fett-Schaltzeit (TLR) des HEGO-Sensors, der stromabwärts einer NOx-Falle angeordnet ist, und der in der Falle gespeicherten NOx-Menge graphisch dargestellt ist. In Fig. 2 und 3 sind der NOx-Fallen-Sorpti­ onswirkungsgrad als Funktion der Temperatur und die entspre­ chende Mager-zu-Fett-Schaltzeit (TLR) eines HEGO-Sensors, der stromabwärts der NOx-Falle angeordnet ist, einander gegen­ übergestellt. Der NOx-Fallen-Sorptionswirkungsgrad und die TLR des stromabwärtigen HEGOs zeigen sehr ähnliche Verhal­ tensweisen. Wenn der NOx-Sorptionswirkungsgrad steigt, wird mehr NOx in der Falle gespeichert, und die TLR des stromab­ wärtigen HEGO-Sensors steigt ebenfalls.
Fig. 2 zeigt den mittleren NOx-Sorptionswirkungsgrad als Funktion der Temperatur während eines 5-minütigen Mager-Tak­ tes für eine herkömmliche auf Strontium basierende NOx-Falle. Bei steigender Temperatur steigt zunächst der NOx-Sorptions­ wirkungsgrad, erreicht ein maximales Niveau bei ungefähr 300-350°C und nimmt dann ab. Die Messungen wurden in einem Labor-Strömungsreaktor mit simuliertem Abgas durchgeführt, das aus 10% H2O, 10% CO2, 500 ppm NOx, 7% O2 und N2 als Rest be­ stand. Um die NOx-Falle zu reinigen oder zu regenerieren, wurde das O2 im Abgas abgeschaltet und durch 0,58% CO er­ setzt. Die Raumgeschwindigkeit betrug 30.000 hr-1.
Fig. 3 zeigt einen Graph der entsprechenden Mager-zu-Fett-Schaltzeit (TLR) für einen herkömmlichen Abgas-Sauerstoff­ sensor (EGO), der stromabwärts der NOx-Falle angeordnet ist. TLR ist definiert als die Zeitdauer zwischen der Einleitung der NOx-Fallenreinigung und der Feststellung eines minimal 0,5-Volt-Sensorausgangssignals. Der NOx-Falle-Sorptions­ wirkungsgrad und TLR zeigen ein sehr ähnliches qualitatives Verhalten. Wenn der NOx-Falle-Sorptionswirkungsgrad ansteigt, wird mehr NOx in der Falle gespeichert, und die TLR des stromabwärtigen EGO-Sensors steigt ebenfalls. Es wird ange­ nommen, daß das in der Falle gespeicherte NOx sich ähnlich wie gespeicherter Sauerstoff verhält und einfach mit dem CO und H2 im Abgas während des Reinigens reagiert und aus diesem Grunde den Fett-Durchbruch bzw. die Fett-Schwelle verzögert oder hinausschiebt.
Fig. 4 zeigt einen Graph der NOx-Speicherung als Funktion von TLR bei 350°C. Die Mager-Betriebsperiode wurde variiert, um die in der Falle gespeicherte NOx-Menge zu variieren. Es ist ersichtlich, daß bei einer gegebenen Temperatur die TLR, die während des Reinigens der NOx-Falle beobachtet wurde, direkt proportional der NOx-Menge ist, die während der vorangegange­ nen Mager-Betriebsperiode in der Falle gespeichert war bzw. wurde. Bei der vorliegenden Erfindung wird diese Beziehung zwischen NOx-Sorption und TLR, zur Steuerung der Fallen-Rei­ nigungszeit genutzt, um zu bestimmen, ob das Zeitintervall des Mager-Betriebes reduziert werden sollte, und um festzule­ gen, wann die Falle ausgetauscht werden sollte. Diese Bezie­ hung wird auch genutzt, zu bestimmen, wann die Falle ent­ schwefelt wird, um die NOx-Falle von SOx zu befreien.
Nachfolgend wird auf Fig. 5 Bezug genommen, in der ein Flußdiagramm dargestellt ist, das die Kriterien für einen Eintritt in den Mager-Betriebsmodus mit konstanter Geschwin­ digkeit oder den Mager-Fahrbetriebsmodus zeigt. Der Mager-Fahrbetriebsmodus weist einen Kraftstoff-Steuermodus mit of­ fenem Regelkreis auf, bei dem die Maschine mit einem mageren Kraftstoffgemisch von z. B. 20 Teilen Luft zu 1 Teil Kraft­ stoffbetrieben wird. Der Mager-Fahrbetriebsmodus weist wei­ terhin einen Kraftstoffsteuermodus mit geschlossenem Regel­ kreis auf, in den vom Modus mit offenem Regelkreis aus peri­ odisch eingetreten wird und bei dem die Maschine mit einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis von ungefähr 14,5 zu 1 für ein Zeitintervall betrieben wird, das zum Rei­ nigen der NOx-Falle von NOx vor der Rückkehr zum Magermodus ausreicht. Es ist ein Flag LCFLG vorhanden, das den Zustand des Mager-Fahrmodus wiedergibt. Während des Mager-Fahrmodus arbeitet die Maschine üblicherweise in einem Magermodus mit offenem Regelkreis und wird periodisch in einen stöchiometri­ schen Modus mit geschlossenem Regelkreis oder in einen leicht fetten Modus mit offenem Regelkreis zum Entfernen des NOx versetzt.
Bei Block 70 wird ein Flag LAMFLG für die Anzeigelampe über­ prüft. Dieses Flag wird immer dann gesetzt, wenn die EEC 20 bestimmt, daß die NOx-Falle sich bis zu einem Punkt ver­ schlechtert hat, bei dem die normalen SOx-Reinigungsvorgänge nicht länger genügen und die NOx-Falle weitere Aufmerksamkeit erfordert und eventuell ausgetauscht werden muß. Solch ein Zustand würde der Fahrzeug-Bedienungsperson durch den einge­ schalteten Zustand der Anzeigelampe 66 angezeigt werden, und das Auftreten einer NOx-Verschlechterung würde im Erhaltungs­ speicher 60 protokolliert werden. Falls LAMFLG zurückgesetzt ist (0) und damit einen normalen NOx-Fallenbetrieb anzeigt, werden dann bei Block 72 die in die Maschine eingelassene Luftmenge wie auch andere Maschinenbetriebsbedingungen, wie z. B. Drehzahl und Maschinen-Kühlmitteltemperatur, gemessen, um das richtige Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) für die Ma­ schine zu bestimmen. Falls eine Verschlechterung der NOx-Falle aufgetreten ist (LAMFLG = 1) oder falls die Bedingungen so sind, daß ein Magerbetrieb nicht wünschenswert ist, wie durch den Entscheidungsblock 74 bestimmt, wird dann ein Ma­ gerfahr-Flag LCFLG bei Block 76 zurückgesetzt (0) und die Subroutine kehrt zum Hauptprogramm zurück. Andernfalls wird das Magerfahr-Flag LCFLG bei Block 78 gesetzt (1) und die Subroutine kehrt zum Hauptprogramm zurück. Während einer Zeitdauer T1 wird der Mager-Fahrbetriebsmodus bei einem mage­ ren Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) betrieben. Während die­ ser Zeit wird die Maschinendrehzahl und -last dazu benutzt, die sich aufsummierende, von der Maschine erzeugte NOx-Menge zu schätzen. Nach Ablauf des Zeitintervalls T1 wird eine Rei­ nigung der NOx-Falle durchgeführt, indem die Maschine während eines Reinigungsintervalls bei einem relativ fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) vor der Rückkehr zu einem relativ mageren Betrieb betrieben wird.
In Fig. 6a und 6b ist ein Steuerungs- bzw. Taktdiagramm des NOx-Reinigungsvorganges dargestellt. Fig. 6a zeigt einen Plan für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis als Funktion der Zeit, während die Maschine in einem Mager-Fahrbetriebsmodus bei ei­ nem Luft/Kraftstoff-Verhältnis von 20 mit offenem Regelkreis arbeitet. Wenn die Mager-Zeit LT größer als T1 wird, ist eine Reinigung der Falle 32 zweckmäßig, und dementsprechend wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von einem mageren Wert auf einen leicht fetten Wert, wobei ein Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis von 14,5 Stöchiometrie darstellt, stufenförmig umge­ stellt. In diesem Fall schaltet der stromaufwärtige Sensor 34 sofort von einer niedrigen Spannung auf eine hohe Spannung, wie in Fig. 6b dargestellt. Wie durch die punktierte Linie angegeben, wird das Schalten des stromabwärtigen Sensors um den Betrag TD verzögert. Die Zeitverzögerung, die der strom­ abwärtige Sensor 36 zum Erreichen einer vorgegebenen Span­ nung, z. B. ein halbes Volt, wie in Fig. 6b dargestellt, be­ nötigt, wird gemessen (Block 100). Wenn die Ausgangsspan­ nungsdifferenz zwischen dem stromabwärtigen Sensor 36 und dem stromaufwärtigen Sensor 34 einen vorgegebenen Wert Sc er­ reicht (Block 108), wird die NOx-Reinigung beendet und der Magerbetrieb wieder aufgenommen.
Nachfolgend wird auf Fig. 7 Bezug genommen, in der ein Fluß­ diagramm mit den Kriterien für das Reinigen der NOx-Falle und für die Berechnung des NOx-Speicherwirkungsgrades dargestellt ist. Bei Block 86 wird LCFLG überprüft, um zu bestimmen, ob das System in einem Mager-Fahrmodus betrieben wird. Falls nicht, kehrt die Routine zum Hauptprogramm zurück. Falls ja, wird ein Schwefelreinigungs-Flag SPFLG bei einem Entschei­ dungsblock 88 überprüft. Falls SPFLG gesetzt ist (1), wird eine Schwefelreinigung der Falle eingeleitet, wie nachfolgend beschrieben werden wird. Falls SPFLG zurückgesetzt ist (0), wird die Zeitdauer des Mager-Betriebsmodus T1 mit einer vor­ gegebenen minimalen Zeitperiode T1c verglichen. Wenn T1 nicht größer als dieses vorgegebene Zeitintervall T1c ist, muß der Mager-Fahrbetrieb eventuell beendet werden. Das Zeitintervall T1 ist anfangs ein vorgegebener Wert und wird solange so bleiben, wie der Speicherwirkungsgrad der NOx-Falle oberhalb eines vorgegebenen oder erforderlichen Wirkungsgrad-Wertes bleibt, jedoch wird T1 -wie nachstehend erklärt- reduziert werden, um den geforderten Wirkungsgrad bzw. die geforderte Leistungsfähigkeit beizubehalten. Wenn bei Block 90 festge­ stellt wird, daß T1 nicht größer als die vorgegebene Zeitpe­ riode T1c ist, kann dieses anzeigen, daß sich die NOx-Falle aufgrund einer Adsorption von SOx, eines unerwünschten aber unvermeidbaren Vorgangs, verschlechtert hat. Dementsprechend wird das Schwefelreinigungs-Flag gesetzt und das Mager- und das NOx-Flag werden bei Block 120 zurückgesetzt, und der Be­ trieb kehrt zum Hauptprogramm zurück. Beim nächsten Durchlauf durch diese Routine wird bei dem Entscheidungsblock 88 eine Schwefelreinigung aufgerufen werden.
Falls T1 größer als T1c ist, werden bei dem Entscheidungs­ block 92 dann die Bedingungen eines NOx-Reinigungs-Flags (NPFLG) überprüft. Falls das NOx-Reinigungs-Flag zurückge­ setzt ist, bedeutet dies, daß die Maschine in einem Magermo­ dus arbeitet. Dann wird die Mager-Zeit LT bei Block 94 inkre­ mentiert und bei Block 96 mit T1 verglichen. Falls die Mager-Zeit nicht größer ist als die vorgegebene Zeitperiode für Ma­ gerbetrieb, wie vom Block 96 bestimmt, wird dann bei Block 116 eine Schätzung der NOx-Menge durchgeführt, die seit der letzten Reinigung der Falle zugeführt worden ist. SUM Ne0, bestimmt in Block 116, stellt eine Voraussage für sich ansam­ melndes, von der Maschine erzeugtes NOx, basierend auf der in die Maschine eingelassenen bzw. eingesaugten Luftmenge und der Maschinendrehzahl als Eingangswert aus Block 118 dar. Falls andererseits die gemessene Mager-Betriebs zeit größer ist als die gesetzte Zeitperiode für den Magerbetrieb T1, wie bei Block 96 bestimmt, wird das NPFLG-Flag gesetzt, wie bei Block 98 dargestellt, und der NOx-Reinigungsbetrieb bzw. -vorgang wird durch Umschalten von einem Magermodus auf ein relativ fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) begonnen. Beim nächsten Durchlauf durch die Schleife wird bei Block 92 der NEIN-Weg genommen werden.
Während der NOx-Reinigung wird die Zeitverzögerung, die zwi­ schen dem Schalten des vorderen und des hinteren EGO-Sensors aufgrund der NOx-Ansammlung auftritt, bei Block 100 gemessen. Basierend auf dieser Zeitverzögerung wird die in der Falle gespeicherte NOx-Menge N5 bei Block 102 als Funktion der Fallentemperatur bestimmt (Fig. 4), die ein Eingangswert aus Block 104 ist. Die Fallentemperatur kann auf verschiedene Art und Weise erhalten werden, beispielsweise von einem Tempera­ tursensor oder basierend auf der abgetasteten Luftmenge oder geschätzt mittels eines anderen Eingangswertes.
Der NOx-Speicherwirkungsgrad Seff wird bei Block 106 be­ stimmt, basierend auf dem Verhältnis Ns/SUM Ne0. Mit anderen Worten: der Speicherwirkungsgrad bzw. das Speicherleistungs­ vermögen stellt das Verhältnis der in der Falle gespeicherten NOx-Menge zu der von der Maschine erzeugten NOx-Menge dar. Beim Entscheidungsblock 108 wird die Spannung S2 des stromab­ wärtigen HEGO-Sensors 36 von der Spannung S1 des stromaufwär­ tigen HEGO-Sensors 34 subtrahiert und die Differenz mit einer vorgegebenen Differenz Sc verglichen, um zu bestimmen, ob es Zeit ist, die NOx-Reinigung zu beenden. Sobald die Differenz unter den vorgegebenen Differenzwert abfällt, kann die Reini­ gung als abgeschlossen angesehen werden, und sie wird been­ det, und bei Block 110 werden das NOx-Reinigungs-Flag NPFLG zurückgesetzt (0), der Mager-Fahrzeitzähler oder Zeitgeber LT zurückgesetzt und der vorausgesagte NOx-Wert SUM Ne0 zurück­ gesetzt.
Ist der NOx-Speicherwirkungsgrad geringer als der vorgegebene NOx-Speicherwirkungsgrad SCeff, was von Block 112 bestimmt wird, wird die Zeitperiode T1 für Magerbetrieb in Richtung auf T1c bei Block 114 um einen vorgegebenen Betrag reduziert. Wurde das Mager-Zeitintervall unter die vorgegebene Zeitperi­ ode T1c reduziert, was von Block 90 bestimmt wird, wird das Schwefelreinigungs-Flag (SPFLG) gesetzt, wie im Block 120 an­ gegeben. Mit SPFLG = 1 wird beim nächsten Durchlauf durch diese Routine eine Schwefelreinigung beim Entscheidungsblock 88 aufgerufen werden.
In Fig. 8 ist die Subroutine zur Durchführung einer Schwefel­ reinigung und von Borddiagnosen der NOx-Falle dargestellt. Die Schwefelreinigung wird durch Erhöhen der NOx-Fallentempe­ ratur auf ein vorgegebenes Niveau, z. B. oberhalb 550°C, durchgeführt, während die NOx-Falle einem fetten Abgasgemisch ausgesetzt wird. Zusätzliche Luft von einer separaten Luft­ versorgung und -pumpe kann mit EEC-Steuerung zugeführt wer­ den, um die gewünschte Fallentemperatur zu erreichen und so eine Aufheizung der NOx-Falle 32 bzw. eine Wärmeabgabe an diese zu erzeugen und folglich die gewünschte Temperatur zu erreichen.
Wenn das Magerfahr-Flag (LCLFG) (1) und das Schwefelreini­ gungs-Flag (SPFLG) gesetzt sind (1), wie von den Blöcken 86 und 88 in Fig. 6 bestimmt, wird eine Schwefelreinigung bei Block 124 eingeleitet, wenn nicht die Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Schwefelreinigungen (TSP) kleiner ist als eine vorgegebene Zeitperiode (TSPc), wie von Block 122 bestimmt. Bei Block 126 wird die seit der letzten Schwefel­ reinigung (TSP) Zeitspanne berechnet. Wenn die Reinigung, wie von Block 128 bestimmt, abgeschlossen ist, wird das Schwefel­ reinigungs-Flag (SPFLG) bei Block 130 zurückgesetzt (0), und die Subroutine kehrt zum Hauptprogramm zurück. Das Beenden der Schwefelreinigung würde darauf basieren, daß die Tempera­ tur der Falle 32 während einer vorgegebenen Zeitdauer ober­ halb einer Grenzwerttemperatur ist, oder auf anderen Krite­ rien. Andererseits ist, wenn die Zeitperiode zwischen Schwe­ felreinigungen kürzer als die vorgegebene Zeitperiode TSPc ist, dieser häufige Bedarf, eine SOx-Reinigung durchzuführen, eine Anzeige dafür, daß die Falle nicht richtig gereinigt wird und möglicherweise defekt ist. In diesem Fall kehrt das System bei Block 132 zu einem stöchiometrischen Betrieb zu­ rück. Die Anzeigelampe wird bei 134 eingeschaltet, und es wird das zugehörige Flag (LAMFLG) bei 136 gesetzt. Dies hat dann zur Folge, daß das Magerfahr-Flag LCFLG bei Block 76 (Fig. 5) zurückgesetzt wird (0). Bei dem nächsten Durchgang wird bei Block 70 nach einer Entscheidung verlangt. So wird eine Diagnoselampe immer dann eingeschaltet, wenn die NOx-Falle einen deutlichen permanenten Wirksamkeitsverlust zeigt, der durch die NOx- und die SOx-Reinigungsvorgänge, die die Falle normalerweise wieder funktionstüchtig machen sollen, nicht verringert wird.
Obwohl zwei HEGO-Sensoren 34 und 36 dargestellt sind, könnte auch der Sensor 34 fehlen. In diesem besonderen Fall würde das bei Block 100 gemessene Zeitintervall einfach der Zeit­ verzögerung zwischen der Einleitung der NOx-Reinigung (Um­ schalten des Luft/Kraftstoff(A/F)-Verhältnisses der Maschine von mager zu fett oder stöchiometrisch) und der Mager-zu- Fett-Schaltung des hinteren HEGO-Sensors 36 entsprechen. Auch ein minimales Ausgangssignal oder eine minimale Spannung des Sensors 36 würde bei Block 108 überprüft werden, um zu be­ stimmen, ob eine ausreichende NOx-Reinigung erfolgt ist. Fer­ ner kann der NOx-Reinigungsvorgang basierend auf anderen Kri­ terien als einem vorgegebenen Zeitintervall im Magermodus be­ ginnen. Diese Änderung würde eine Modifikation der in den Blöcken 90, 96 und 114 durchgeführten Vorgänge zur Folge ha­ ben, um den neuen Kriterien Rechnung zu tragen.

Claims (21)

1. Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit einer im Abgas­ kanal (22) einer computerunterstützten Brennkraftmaschine (18) angeordneten NOx-Falle mit folgenden Schritten:
Durchführen einer Reinigung der Falle (32), nachdem vor­ gegebene Magermodus-Maschinenbetriebskriterien erfüllt sind, und
Erzeugen einer Anzeige für eine Verschlechterung der Falle, wenn das Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgen­ den Reinigungen kleiner als ein vorgegebenes Zeitinter­ vall ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung eine SOx-Reinigung ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor der SOx-Reinigung eine NOx-Reinigung erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die NOx-Reinigung während eines Mager-Maschinenbetriebs­ modus periodisch eingeleitet und das Zeitintervall des Magerbetriebs angepaßt wird, um den Sorptionswirkungsgrad der Falle immer dann zu verbessern, wenn der Sorptionswirkungsgrad der Falle unter einen vorgegebenen Fallen-Sorptionswirkungsgrad abfällt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die SOx-Reinigung immer dann eingeleitet wird, wenn das Zeitintervall des Magerbetriebs unter ein vorgegebe­ nes Zeitintervall abfällt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung (66) dann eingeschaltet wird, wenn das Zeitintervall zwischen SOx-Reinigungen unter ein vorgegebenes Zeitintervall abfällt.
7. Verfahren zur Überwachung der Wirksamkeit einer im Abgas­ kanal (22) einer Brennkraftmaschine (18) angeordneten NOx-Falle mit folgenden Schritten:
Durchführen einer NOx-Reinigung der Falle (32), nachdem die Maschine (18) in einem Mager-Betriebsmodus betrieben worden ist,
Bestimmen des Sorptionswirkungsgrades der Falle (32), Reduzieren der Zeitdauer des Mager-Betriebsmodus, falls der Wirkungsgrad unter ein vorgegebenes Niveau abfällt, Durchführen einer SOx-Reinigung der Falle (32), falls die Zeitdauer unter ein vorgegebenes minimales Zeitintervall abfällt, und
Erzeugen einer eine Verschlechterung der Falle signali­ sierenden Anzeige, falls das Zeitintervall zwischen SOx-Reinigungen kleiner wird als ein vorgegebenes Zeitintervall.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die NOx-Reinigung nach einem Betrieb der Maschine (18) für ein vorgegebenes Zeitintervall eingeleitet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beendigung der NOx-Reinigung in Abhängigkeit von dem Sauerstoffgehalt des Abgases stromabwärts der Falle (32) erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Sorptionswirkungsgrad berechnet wird durch:
Bestimmen der in der Falle (32) gespeicherten NOx-Menge,
Schätzen der NOx-Menge, die von der Maschine (18) während des letzten Mager-Betriebsmodus erzeugt wurde, und
Teilen der in der Falle (32) gespeicherten NOx-Menge durch die geschätzte, von der Maschine (18) erzeugte NOx Menge.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung der in der Falle (32) gespeicherten NOx-Menge auf dem Zeitintervall zwischen der Einleitung der NOx-Reinigung und der Ermittlung eines stöchiometrischen Abgaszustandes stromabwärts der Falle (32) basiert.
12. Vorrichtung zur Überwachung der Wirksamkeit einer im Ab­ gaskanal (22) einer computerunterstützten Brennkraftma­ schine angeordneten NOx-Falle (32), mit
einem Computer zum Erzeugen eines Befehls zum Reinigen der NOx-Falle (32),
einem Sensor (36), der stromabwärts der Falle (32) ange­ ordnet ist, und
einem Anzeigeelement (66),
wobei der Computer einen auf dem Sorptionswirkungsgrad der Falle (32) basierenden Befehl zum Einschalten der An­ zeigeeinrichtung (66) erzeugt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als Abgas-Sauerstoffsensor (36) ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Computer dahingehend ausgebildet ist, daß ein Befehl für eine NOx-Reinigung erzeugt wird, der eine Änderung in dem der Maschine (18) zugeführten Ge­ misch von einem relativ mageren Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis (A/F) in ein relativ fettes Luft/Kraftstoff-Verhält­ nis (A/F) bewirkt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sorptionswirkungsgrad das Ver­ hältnis der in der Falle (32) gespeicherten NOx-Menge ge­ teilt durch die von der Maschine (18) erzeugte NOx-Menge ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Falle (32) gespeicherte NOx-Menge eine Funk­ tion der Fallentemperatur und der Mager-zu-Fett-Ansprech­ zeit des Sensors (36) ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die von der Maschine (18) erzeugte NOx-Menge eine Funktion der Maschinendrehzahl und der in die Maschine (18) eingesaugten Luftmenge ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer die Frequenz der NOx-Reinigungen erhöht, wenn der Sorptionswirkungsgrad unter einen vorgegebenen Wirkungsgrad abfällt.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer eine SOx-Reinigung ein­ leitet, wenn die Zeit zwischen NOx-Reinigungen unter ein vorgegebenes Zeitintervall abfällt.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Anzeigeeinrichtung (66) zu­ geordnete Ansteuereinrichtung dahingehend ausgebildet ist, daß die Anzeigeeinrichtung (66) dann eingeschaltet ist, wenn das Zeitintervall zwischen SOx-Reinigungen un­ ter ein vorgegebenes Zeitintervall abfällt.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, stromaufwärts der NOx-Falle (32) angeordneter Abgas-Sauerstoffsensor (34) vor­ gesehen ist, und daß die NOx-Reinigung beendet wird, wenn die Differenz zwischen dem Ausgangssignal des stromabwär­ tigen Sensors (36) und dem Ausgangssignal des stromauf­ wärtigen Sensors (34) kleiner als ein vorgegebener Grenz­ wert ist.
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