DE19935826A1

DE19935826A1 - Drehmomentsteuerung für Direkteinspritzer mit Hilfe einer zusätzlichen Drehmomentvorrichtung

Info

Publication number: DE19935826A1
Application number: DE19935826A
Authority: DE
Inventors: Jing Sun; Jeffrey Arthur Cook; Ilya V Kolmanovsky
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 1998-09-21
Filing date: 1999-07-29
Publication date: 2000-03-30
Anticipated expiration: 2019-07-30
Also published as: GB2341947A; GB2341947B; US6389352B1; DE19935826B4; US6079204A; GB9921821D0

Abstract

System zur Drehmomentsteuerung bei einem Magermotor unter Verwendung einer zusätzlichen Drehmomentvorrichtung, die während des Übergangs der Betriebsart des Motors von einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis eingesetzt werden kann. Die zusätzliche Drehmomentvorrichtung (STA) 34 sorgt dafür, daß die grundlegende Gleichung für das Motordrehmoment T¶e¶ + T¶sta¶ = T¶d¶ aufrechterhalten wird, so daß die Vorrichtung oder eine elektrisch verbundene Batterie 38 überschüssiges Motordrehmoment während eines vorbestimmten Zeitraums absorbiert und zu anderen Zeiten als dem vorbestimmten Zeitraum ein Motordrehmoment erzeugt. Während des vorbestimmten Zeitraums wird ein Magerverbrennungs-NOx-Abscheider 26 in der Abgasanlage gespült.

Description

Die Erfindung betrifft Magermotoren im allgemeinen und im be sonderen die Steuerung des Drehmoments bei einem direkteinge spritzten fremdgezündeten Schichtladungsmotor mit einem Ma gerverbrennungs-NOx-Abscheider (Lean NOx Trap = LNT) in der Abgasanlage.

Magermotoren können die Abgasbestimmungen, insbesondere in bezug auf die Stickoxide, NOx, nur begrenzt erfüllen, wenn fortschrittliche Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung ver wendet werden. Was die Reduzierung von Stickoxiden angeht, so verweist der Stand der Technik auf die Verwendung eines Ma gerverbrennungs-NOx-Abscheiders (LNT-Abscheiders) als prak tischste Lösung.

Der LNT-Abscheider muß jedoch in regelmäßigen Abständen ge spült werden, um seinen Umwandlungswirkungsgrad aufrechtzuer halten. Bei direkteingespritzten, fremdgezündeten Motoren, die im Schichtladungsmodus arbeiten, wird der LNT-Abscheider normalerweise dadurch gespült, daß man den Motor ungefähr al le fünfzig Sekunden für ein paar Sekunden mit einem leicht unterstöchiometrischen Gemisch laufen läßt.

Einer der Nachteile, die auftreten, wenn man die Spülung wäh rend des Betriebs eines laufenden Fahrzeugs vornimmt, besteht darin, daß es zu einer unerwünschten Störung des Motordrehmo ments kommt, wenn der Spülzyklus nicht entsprechend gesteuert wird. Diese unerwünschte Störung des Motordrehmoments wird der Fahrer des Fahrzeugs bemerken, was zu einem inakzeptablen Fahrverhalten des Fahrzeugs führt.

Bei einigen bekannten Lösungen wird eine elektronische Dros selklappensteuerung verwendet, um der Entstehung dieser uner wünschten Störung des Motordrehmoments entgegenzuwirken. Mit Hilfe der elektronischen Drosselklappensteuerung wird der Luftstrom in den Motor in Abhängigkeit von der gewünschten Höhe des Drehmoments reguliert.

Es ist daher ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß die Spülung des LNT-Abscheiders gesteuert werden kann, um jegli che unerwünschte Störungen des Motordrehmoments zu vermeiden.

Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar in, daß eine zusätzliche Drehmomentvorrichtung verwendet wird, die funktional mit dem Motor verbunden ist, um entweder das benötigte Drehmoment zu erzeugen oder überschüssiges Drehmoment zu absorbieren.

Diese und andere Vorteile werden offensichtlich aus dem fol genden Verfahren zur Drehmomentsteuerung bei Direkteinsprit zern mit einem LNT-Abscheider in der Abgasanlage und mit ei ner zusätzlichen Drehmomentvorrichtung, die funktional mit dem Motor verbunden ist. Bei dem Verfahren wird als erstes der Zeitpunkt zum Spülen des LNT-Abscheiders anhand eines Al gorithmus ermittelt, der in dem elektronischen Steuergerät des Fahrzeugs enthalten ist. Der Ladezustand der Fahrzeugbat terie wird überwacht, um die Höhe der Batterieladung zu er mitteln. Der Algorithmus ändert dann die Betriebsart des Mo tors von einem mageren zu einem fetten Luft/Kraftstoff- Verhältnis (L/K-Verhältnis), wobei eine solche Änderung zu einem erhöhten Motordrehmoment führt.

Während des Betriebs mit einem fetten Luft/Kraftstoff- Verhältnis wird der LNT-Abscheider durch den erhöhten Kohlen monoxidgehalt (CO-Gehalt) gespült. Der Algorithmus sorgt dann für eine Aufrechterhaltung der gewünschten Drehmomentleistung des Motors während des Übergangs von einem mageren zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und während der Spülung mit einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Überschüssiges Mo tordrehmoment wird durch die zusätzliche Drehmomentvorrich tung in elektrische Energie umgewandelt, die in der Batterie gespeichert wird. Nach einer vorbestimmten Zeit sorgt der Al gorithmus für eine Änderung der Betriebsart des Motors von dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in das magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Während des Betriebs mit dem ma geren Luft/Kraftstoff-Verhältnis steuert der Algorithmus die Freisetzung der gespeicherten elektrischen Energie.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des Antriebsstranges für einen Magermotor in einem Kraftfahrzeug.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung der Drehmomentsteue rung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine graphische Darstellung des Wirkungsgrades ei nes Dreiwegekatalysators eines Verbrennungsmotors entspre chend dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis.

Fig. 4 veranschaulicht vier Wellenformen, die das Drehmoment an mehreren Punkten von Fig. 2 während der Spülung des LNT- Abscheiders darstellen.

Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm des Algorithmus gemäß der Er findung.

Die zusätzliche Drehmomentvorrichtung (STA) umfaßt elektri sche Geräte wie zum Beispiel Motorlichtmaschinen, oder mecha nische Vorrichtungen wie zum Beispiel Schwungräder, die Ener gie speichern und freisetzen können. Im allgemeinen kann eine zusätzliche Drehmomentvorrichtung jede Vorrichtung sein, die, wenn sie mit der Kurbelwelle des Motors verbunden ist, in zwei Richtungen Energie übertragen kann, beispielsweise zur Ergänzung oder Absorbierung des Motordrehmoments und zur Speicherung von Energie. Das bei der vorliegenden Erfindung genannte Beispiel ist eine mit der Abtriebswelle des Motors gekoppelte und mit der Batterie elektrisch verbundene Kombi nation aus Drehstromlichtmaschine und Anlasser (CAS). Andere zusätzliche Drehmomentvorrichtungen können anstelle dieser CAS-Kombination verwendet werden, ohne vom Geist der Erfin dung abzuweichen.

Direkteinspritzung (DE) bezieht sich auf Benzinmotoren mit Fremdzündung, bei denen Kraftstoff direkt in den Zylinder eingespritzt wird. Einlaßkanaleinspritzung bezieht sich auf herkömmliche Fremdzündungsmotoren, bei denen Kraftstoff stromaufwärts von dem Ansaugventil in die Ansaugkrümmerrohre eingespritzt wird.

Homogene Magerverbrennung bezieht sich auf Motoren mit Di rekteinspritzung oder mit Einlaßkanaleinspritzung, die mit homogenen Luft/Kraftstoff-Gemischen arbeiten, die unters töchiometrisch sind. Schichtladung bezieht sich auf Motoren mit Direkteinspritzung, bei denen zum Zeitpunkt der Zündung an der Zündkerze ein zündfähiges Gemisch erzeugt wird, wenn gleich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K-Verhältnis) im Zy linder an sich im wesentlichen überstöchiometrisch ist.

Sowohl im homogenen Betrieb als auch im Schichtladungsbetrieb werden durch Verbesserungen im volumetrischen Wirkungsgrad infolge eines ungedrosselten Betriebs Vorteile im Hinblick auf einen sparsameren Kraftstoffverbrauch erzielt. Die Lei stungsabgabe des Motors wird gesteuert durch Verändern der Menge des eingespritzten Kraftstoffs. Die vorliegende Erfin dung betrifft homogen arbeitende Magermotoren mit Einlaßka naleinspritzung oder Direkteinspritzung oder Schichtladungs motoren mit Direkteinspritzung. Zur Beschreibung der besten Ausführungsform der Erfindung wird ein direkteingespritzter Benzinmotor mit einer Vielzahl von Betriebsarten herangezo gen. Die Betriebsarten sind fett/stöchiometrisch, mager/homogen und geschichtet. Jeder Verweis auf eine magere Be triebsart umfaßt einen mageren homogenen Betrieb bzw. einen Schichtladungsbetrieb.

Unter Verweis auf die Figuren anhand der Bezugszeichen ist in Fig. 1 eine Schemadarstellung des Antriebsstranges eines fremdgezündeten Motors 10 mit Direkteinspritzung veranschau licht. Das Hauptmerkmal des Motors besteht darin, daß er als Schichtladungsmotor arbeiten kann. Der Motor besitzt ein Ver teilerrohr 12, das Kraftstoff von einem Kraftstofftank (nicht dargestellt) zu einer Vielzahl von elektronischen Einspritz düsen 14 befördert, die sich in dem Ansaugkrümmer 15 befin den. Einer oder mehrere, in dem elektronischen Steuergerät (ECU) 16 gespeicherte Algorithmen steuern die Einspritzdüsen 14. Das Grundprinzip der Steuerung der Einspritzdüsen ist wohlbekannt und nicht Gegenstand der Erfindung.

Das elektronische Steuergerät (ECU) 16 arbeitet mit mehreren herkömmlichen Eingangssignalen und umfaßt Signale von minde stens drei Abgassensoren 18, 20, 22. Der erste Abgassensor 18 ist stromaufwärts von einem Dreiwegekatalysator 24 positio niert. Der zweite Abgassensor 20 ist zwischen dem Dreiwegeka talysator 24 und einem Magerverbrennungs-NOx-Abscheider (LNT- Abscheider) 26 positioniert. Der dritte Abgassensor 22 ist stromabwärts von dem LNT-Abscheider 26 positioniert. Andere Eingangssignale umfassen ein Signal 28 von dem Drosselklap penstellungs-Sensor; ein Signal 30 von einem Luftmengenmes ser; ein Motordrehzahlsignal 32, etc. Die Ausgangssignale des elektronischen Steuergeräts (ECU) 16 sind Einspritzdüsenbe fehle, Zündzeitpunkteinstellungsbefehle, Drosselklappenstel lungsbefehle und Befehle zur Steuerung der zusätzlichen Drehmomentvorrichtung (STA) 34, und andere herkömmliche Aus gangssignale.

Bei der vorliegenden Erfindung ist die zusätzliche Drehmo mentvorrichtung (STA) 34 eine in Fig. 4 angegebene Kombinati on aus Drehstromlichtmaschine und Anlasser (CAS). Die zusätz liche Drehmomentvorrichtung 34 ist mit der Abtriebswelle bzw. Kurbelwelle 36 des Motors gekoppelt und mit der Batterie elektrisch verbunden. Im Lufteinlaß zum Motor befindet sich eine Drosselklappe, die durch eine elektronische Drosselklap pensteuerung oder durch Maßnahmen des Fahrers gesteuert wer den kann. Stromaufwärts von der Drosselklappensteuerung be findet sich ein Luftmassenmesser zur Messung der in den Motor angesaugten Luft. Die Motorlast wird auf wohlbekannte Weise dargestellt durch elektrische Signale von einem Krümmerdruck sensor. Die Einstellung des Zündzeitpunkts kann für eine zu sätzliche Steuerung des Drehmoments herangezogen werden.

Die Gaspedalstellung und die Motordrehzahl (N_e) bestimmen das vom Fahrer angeforderte Drehmoment. Eine Nachschlagetabelle 44 im Speicher des elektronischen Steuergeräts 16 kann heran gezogen werden, um diese Abhängigkeit darzustellen. Das Drehmoment T_L, das von einem der Hilfssysteme (beispielsweise der Klimaanlage, der Servolenkung, etc.) angefordert wird, wird zu dem vom Fahrer angeforderten Drehmoment addiert, um den gesamten Drehmomentbedarf (T_d) zu ermitteln, der durch das Zusammenwirken von Motor und zusätzlicher Drehmomentvor richtung (STA) 34 zu erfüllen ist. Die Vorgehensweise zur Er mittlung des Bedarfs an Motordrehmoment ist Bestandteil einer Reihe von funktionierenden Motormanagementsystemen wie zum Beispiel dem ME-7-System (Motronic) von Bosch.

Das Ausgangsdrehmoment T_e des Motors hängt ab von einer Reihe von Variablen wie zum Beispiel der Motordrehzahl, der Kraft stoffzufuhr (W_f), dem Zündzeitpunkt (O), dem in den Zylinder einströmenden Ansaugluftstrom (W_a), dem Anteil an verbranntem Gas (F₁), und der durch die Einstellung des Zündzeitpunkts festgelegten Betriebsart (µ; Schichtladungsmodus oder homoge ner Modus):

T_e = T_e(N_e, W_f, θ, W_a, F₁, µ) (1).

Eine Regressionsgleichung für T_e kann in dem elektronischen Steuergerät gespeichert werden. Die Variablen, die in diese Gleichung eingehen, werden entweder gemessen oder nach den in dem elektronischen Steuergerät 16 gespeicherten Algorithmen online ermittelt.

Das maximale Drehmoment (T^max _sta), das von der zusätzlichen Drehmomentvorrichtung (STA) 34 erzeugt oder absorbiert werden kann, ist eine Funktion von mindestens der Motordrehzahl N_e und dem Energiespeicherzustand (σ)

T^max _sta = T^max _sta (N_e, σ).

Diese Funktion ist entweder als Nachschlagetabelle oder als Regressionsgleichung in dem elektronischen Steuergerät (ECU) gespeichert. Für eine zusätzliche Drehmomentvorrichtung (STA) 34, die eine Batterie 38 und eine Kombination aus Drehstrom lichtmaschine und Anlasser umfaßt, ist der Energiespeicherzu stand der Ladezustand der Batterie 38. Das von der zusätzli chen Drehmomentvorrichtung (STA) erzeugte oder absorbierte tatsächliche Drehmoment T_sta wird durch T^max _sta begrenzt. Die Zeit-/Aktualisierungsgleichung σ hat die allgemeine Form:

σ(t + Δt) = σ(t) - ε N_e(t)π/30) T_sta(t)Δt

wobei 0 < ε < 1 der Wirkungsgrad und Δt der Abtastzeitraum ist. Es sei darauf hingewiesen, daß ein negatives T_sta dem ab sorbierten Drehmoment entspricht und dazu führt, daß σ steigt; ein positives T_sta entspricht dem erzeugten Drehmoment und führt dazu, daß σ abnimmt.

Die fundamentale Beziehung, die während des Betriebs des Mo tors erfüllt werden muß, ist der Drehmomentausgleich:

T_e + T_sta = T_d (2).

Das heißt, die Wahl der Variablen, die den Betrieb des Motors steuern, und die Wahl der Variablen, die den Betrieb der zu sätzlichen Drehmomentvorrichtung (STA) steuern, muß dieser Gleichung genügen.

Im folgenden wird nun die Situation betrachtet, wo der Motor 10 im geschichteten Magerbetrieb oder im homogenen Magerbe trieb läuft. Das elektronische Steuergerät setzt den Algo rithmus 46 in Gang, und das Software-Flag des Algorithmus, das abfragt, ob in den LNT-Spülmodus umgeschaltet ist, wird in Schritt 48 auf JA gesetzt. Wenn in Schritt 50 der Fül lungsgrad nicht kleiner ist als die Obergrenze des Füllungs grades und der Spülmodus in Betrieb ist, muß das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Schritt 52 auf überstöchiome trisch herabgesetzt werden. Wenn der Füllungsgrad jedoch kleiner ist als die Obergrenze des Füllungsgrades (Schritt 54) werden neben der Reduzierung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses mehrere Steuervorgänge ausgelöst, um die fol genden Grundprinzipien zu erfüllen:

1. die Drosselklappe bleibt geöffnet, während das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Erhöhen der Kraftstoffzufuhr nahezu unverzüglich herabgesetzt wird;
2. Umschalten des Zündzeitpunkts (vom Schichtladungsmodus in den homogenen Modus); und
3. Aktivieren der zusätzlichen Drehmomentvorrichtung (STA), so daß die Zunahme des Motordrehmoments durch die STA absor biert wird und die überschüssige Energie in dem Energiespei cher bzw. der Batterie gespeichert wird.

Diese neue Strategie und die Verwendung einer zusätzlichen Drehmomentvorrichtung 34 hat mehrere Vorteile gegenüber der herkömmlichen Strategie, die bei einem Motor ohne zusätzliche Drehmomentvorrichtung (STA) gemäß dem Stand der Technik ver wendet wird. Im Stand der Technik wird nach der herkömmlichen Strategie bei einem Motor ohne STA zunächst die Drosselklappe eingestellt und die Kraftstoffzufuhr erhöht, um den Abfall des Drehmoments zu kompensieren (in einer Weise, die Glei chung (2) erfüllt). Sobald dann der Luftdurchsatz hinreichend abfällt, wird das Umschalten in den Spülmodus veranlaßt, in dem nahezu unverzüglich die Kraftstoffzufuhr erhöht und der Zündzeitpunkt hinausgezögert wird, um sicherzustellen, daß Gleichung (2) erfüllt wird.

Die hier beschriebene neue Strategie hat folgende Vorteile. Erstens ist die zusätzliche Drehmomentvorrichtung (STA) 34 ein schnelleres Stellglied als die elektronische Drosselklap pe, sie hat direkten Einfluß auf das Motordrehmoment, und sie eignet sich besser zur Behebung von Störungen des Drehmo ments. Zweitens hat im Hinblick auf einen spezifischen Kraft stoffverbrauch der Betrieb des Motors bei höherer Last wäh rend des Spülmodus zumindest im homogenen Betrieb einen höhe ren Wirkungsgrad. Der Wirkungsgrad wird auch verbessert in folge reduzierter Pumpverluste bei geöffneter Drosselklappe. Drittens wird die vom Motor während des Spülmodus erzeugte überschüssige Energie für die spätere Verwendung im Magerbe trieb gespeichert, z. B. um den Betrieb des Motors von den we niger effizienten bzw. im Hinblick auf die Schadstoffemission problematischen Betriebsarten wegzubringen. Viertens wird durch die Verwendung einer zusätzlichen Drehmomentvorrichtung (STA) zur Steuerung des Drehmoments der Zündzeitpunkt im Sin ne einer Schadstoffbegrenzung frei wählbar (z. B. zur Steue rung der Abgastemperatur) Die jeweiligen Übergangsphasen zwischen dem Spülmodus und dem Magerbetrieb werden nachfol gend beschrieben.

T'_e sei nun das vorhergesagte Motordrehmoment nach dem Um schalten in den Spülmodus. Da der Motor während des Umschal tens in den Spülmodus und der Spülmodus selbst normalerweise bei geschlossenem Abgasrückführungsventil 56 laufen, wird F1 bei der Berechnung von T'_e auf Null gesetzt, und der Zünd zeitpunkt wird auf einen Wert eingestellt, der aus der Kali brierung des Spülvorgangs erhalten wurde. Wenn T'_e - T_d < T^max _sta, kann das Umschalten in den Spülmodus veranlaßt werden, indem nahezu unverzüglich das Luft/Kraftstoff-Verhältnis durch Erhöhen der Kraftstoffzufuhr herabgesetzt wird, der Einspritzzeitpunkt umgeschaltet wird (vom Schichtladungsbe trieb in den homogenen Betrieb), und die zusätzliche Drehmo mentvorrichtung (STA) 34 aktiviert wird, so daß die Zunahme des Motordrehmoments durch die STA absorbiert wird und die überschüssige Energie im Energiespeicher bzw. in der Batterie 38 gespeichert wird.

Wenn die Bedingung T'_e - T_d < T^max _sta nicht erfüllt wird, sind einige Vorbereitungen vor dem Umschalten notwendig. Insbeson dere wird die elektronische Drosselklappe so eingestellt, daß der Luftstrom in den Motor verringert und gleichzeitig die Kraftstoffzufuhr erhöht wird, um einen möglichen Drehmomen tabfall zu kompensieren, damit Gleichung (2) erfüllt wird. Dies führt dazu, daß der Ansaugluftstrom in den Motor redu ziert wird und damit zum Zeitpunkt des Umschaltens eine ge ringere Erhöhung der Kraftstoffzufuhr erforderlich ist, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf den gewünschten Spülwert zu senken. Sobald die Bedingung T'_e - T_d < T^max _sta erfüllt wird, kann das Umschalten in den Spülmodus in der oben beschriebe nen Weise vor sich gehen, d. h. indem nahezu unverzüglich die Kraftstoffzufuhr erhöht wird, der Zündzeitpunkt umgeschaltet wird (vom Schichtladungsbetrieb in den homogenen Betrieb), und die zusätzliche Drehmomentvorrichtung (STA) aktiviert wird, so daß die Zunahme des Motordrehmoments von der STA ab sorbiert wird und die überschüssige Energie in dem Energie speicher 38 gespeichert wird.

In anormalen Fällen, wenn zum Beispiel der Energiespeicher voll ist (Schritt 52), kann die zusätzliche Drehmomentvor richtung beim Umschalten nicht eingesetzt werden. Das Um schalten in den Spülmodus muß dann mit Hilfe der oben be schriebenen herkömmlichen Strategie erfolgen. Dabei wird zu nächst die elektronische Drosselklappe geschlossen, die Kraftstoffzufuhr erhöht, um Drehmomentschwankungen zu verhin dern, der Zündzeitpunkt verzögert, und die Kraftstoffzufuhr gleichzeitig mit dem Umschalten erhöht, so daß Gleichung (2) erfüllt wird.

Normalerweise liefert der Motor im Spülmodus das Drehmoment T'_e, während jegliche Veränderungen im Drehmomentbedarf durch die zusätzliche Drehmomentvorrichtung (STA) reguliert werden:
T_sta = T'_e - T_d. Wenn die Bedingung T'_e - T_d < T^max _sta nicht er füllt wird (beispielsweise infolge der Annäherung an eine Obergrenze), verwenden wir die STA, um das maximal mögliche Drehmoment zu absorbieren, T_sta = T^max _sta, und verwenden die Eingangssignale der elektronischen Drosselklappe, der Funken zahl und der Kraftstoffzufuhr, um die folgenden Ziele zu er reichen: (i) das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf dem vorge schriebenen Spülwert Φ_purge halten; und (ii) sicherstellen, daß Gleichung (2) erfüllt wird. Das erste Ziel wird erreicht, in dem man den ermittelten Wert für den Luftstrom in den Motor (W_a) verwendet, um die Kraftstoffzufuhr einzustellen: W_f = (W_a)/Φ_purge. Das zweite Ziel wird erreicht, indem man die elek tronische Drosselklappe so einstellt, daß

Φ(N_e,W_a) = T_e(N_e,W_a/Φ_purge, θ_pc, W_a, 0, hom') = T_d - T^max _sta (3).

In diesem Fall ist θ_pc der Wert des Zündfunken entsprechend der Kalibrierung für die bestmögliche Motorspülung.

Herkömmliche steuerungstechnische Verfahren können herangezo gen werden, um sicherzustellen, daß Gleichung (3) erfüllt wird. Eine Möglichkeit wird nachfolgend kurz zusammengefaßt. Zunächst sei darauf hingewiesen, daß die Änderungsgeschwin digkeit des Ansaugkrümmerdruckes p folgender Gleichung ge nügt:

dP/dt = k((s)g(p) - W_a), W_a = K(N_c)p (4)

wobei (s) die Drosselklappenstellung ist; der Ausdruck (s)g(p) ist die herkömmliche Darstellung der Düsenöffnungs gleichung für den Strom durch die Drosselklappe; k ist eine Konstante, die von dem Ansaugkrümmervolumen und der Ansaug krümmertemperatur abhängt; und K ist die in dem elektroni schen Speichergerät (ECU) in Form einer Nachschlagetabelle oder als Regressionsgleichung gespeicherte Pumpfunktion des Motors. Die Funktion K hängt zumindest von der Motordrehzahl ab. Durch Differenzieren der Gleichung (3), und indem man das Verhältnis dP/dt aus Gleichung (4) zum Ausdruck bringt, kann man die erforderliche Drosselklappenstellung als Funktion von N_c, dN_c/dt p, dT_d/dt und dT^max _sta/dt ausdrücken:

s = Ψ(N_c, dN_c/dt p, dT_d/dt, dT^max _sta/dt) (5).

Eine Regressionsgleichung für diese Funktion kann in dem elektronischen Speichergerät (ECU) gespeichert werden, wäh rend die erforderlichen Zeitableitungen mit Hilfe herkömmli cher Algorithmen numerisch ermittelt werden können. Alterna tiv kann die Zündzeitpunktverstellung auch in Kombination mit der elektronischen Drosselklappe zur Steuerung des Drehmo ments während des Spülvorgangs herangezogen werden. Die Zünd zeitpunktverstellung kann tatsächlich erforderlich sein, wenn das Drosselklappenstellglied zu langsam ist.

Sobald der Spülvorgang in Schritt 58 beendet ist, kann in den Magerbetrieb zurückgeschaltet werden, vorausgesetzt die Dreh zahl- und Lastbedingungen sind geeignet, den Motor im Mager betrieb laufen zu lassen, möglicherweise mit Unterstützung der zusätzlichen Drehmomentvorrichtung (STA). Vor dem Um schalten in den Magerbetrieb wird, falls der Motor mit einer Drosselklappenstellung gemäß Schritt 60 arbeitet, die Dros selklappe geöffnet, während die Kraftstoffzufuhr gleichzeitig herabgesetzt wird, um einen möglichen Drehmomentstoß aus zu gleichen. Im Augenblick des Umschaltens wird die Kraftstoff zufuhr nahezu unverzüglich herabgesetzt, und T_sta wird auf Null gesetzt (oder auf einen Wert, der notwendig ist, um dem Drehmomentbedarf für höhere Belastungen gerecht zu werden).

Während des Magerbetriebs in Schritt 62 kann dann, wenn der Füllungsgrad größer ist als der Mindestfüllungsgrad, die zu sätzliche Drehmomentvorrichtung (STA) einen Teil der während des Spülvorgangs gespeicherten Energie aufbringen, damit der Motor einem höheren Drehmomentbedarf gerecht werden kann, und den Motorbetrieb in Bereiche mit einem sparsameren Kraft stoffverbrauch und geringerer Schadstoffemission verlagern. Bei einer selbständigen Konfiguration gemäß Schritt 64 bei spielsweise, wo der Füllungsgrad kleiner ist als die Unter grenze, kann man den Motor nur im homogenen Modus laufen las sen, um einigen der höheren Belastungen gerecht zu werden. Bei Verwendung der zusätzlichen Drehmomentvorrichtung (STA), und wenn der Füllungsgrad größer ist als die Mindestgrenze, kann man den Motor jedoch im Hybridmodus gemäß Schritt 66 oder im Schichtladungsmodus oder in einem magereren homogenen Modus laufen lassen, weil das zusätzliche Drehmoment durch die zusätzliche Drehmomentvorrichtung geliefert werden kann. In dieser Situation verbraucht der Motor nicht nur weniger Kraftstoff, sondern der LNT-Abscheider kann ebenfalls bei einer niedrigeren Temperatur betrieben werden, was günstiger ist, um einen hohen Wirkungsgrad des Magerverbrennungs-NOx- Abscheiders (LNT-Abscheiders) aufrechtzuerhalten. Eine Bezie hung der Form

T_sta = k(N_T, T_d, σ) T^max _sta

kann herangezogen werden, um das von der zusätzlichen Drehmo mentvorrichtung (STA) gelieferte Drehmoment für jeden Be triebszustand des Motors zu ermitteln, wobei k in dem elek tronischen Speichergerät (ECU) als Nachschlagetabelle gespei chert ist.

Es wurde nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Drehmo mentsteuerung bei Direkteinspritzern bzw. Magermotoren be schrieben, die einen Magerverbrennungs-NOx-Abscheider in der Abgasanlage und eine mit dem Motor funktional verbundene zu sätzliche Drehmomentvorrichtung aufweisen.

Bei dem Verfahren wird der Zeitpunkt 46 für die Spülung des LNT-Abscheiders mit Hilfe eines Flag in einem Algorithmus in dem elektronischen Steuergerät ermittelt. Als nächstes wird in Schritt 50 der Ladezustand der Fahrzeugbatterie ermittelt. Der Algorithmus sorgt dann in Schritt 52 bzw. 54 für eine Än derung der Betriebsart des Motors von einem mageren in ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei eine solche Änderung zu einem erhöhten Motordrehmoment führt.

Der LNT-Abscheider wird in Schritt 58 durch die erhöhte Kraftstoffzufuhr mit dem fetten Luft/Kraftstoffverhältnis von NOx gespült, während die gewünschte Drehmomentabgabe des Mo tors während des Spülvorgangs aufrechterhalten wird. Eine zu sätzliche Drehmomentvorrichtung sorgt für die Umwandlung des erhöhten Motordrehmoments in elektrische Energie, von der ein Teil im Falle einer Kombination aus Drehstromlichtmaschine und Anlasser (CAS) in der Fahrzeugbatterie gespeichert wird, oder im Falle eines Schwungrades in einer anderen Form, bei spielsweise als kinetische Energie gespeichert wird. Der Al gorithmus sorgt für die Änderung der Betriebsart des Motors von dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis zurück in das mage re Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei die zusätzliche Drehmo mentvorrichtung die Freisetzung der gespeicherten elektri schen Energie steuert.

Claims

1. Verfahren zur Drehmomentsteuerung bei Direkteinsprit zern mit einem Magerverbrennungs-NOx-Abscheider (LNT- Abscheider) in der Abgasanlage und einer mit dem Motor funk tional verbundenen zusätzlichen Drehmomentvorrichtung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
Feststellen des Zeitpunkts für die Spülung des LNT- Abscheiders;
Ermitteln des Energiespeicherzustands;
Ändern der Betriebsart des Motors von einem mageren in ein fettes Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei eine solche Änderung zu einem erhöhten Motordrehmoment führt;
Spülen des LNT-Abscheiders durch die erhöhte Kraftstoffzufuhr mit dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis;
Aufrechterhalten der gewünschten Drehmomentabgabe des Motors während des Spülvorgangs;
Umwandeln des erhöhten Motordrehmoments in Energie;
Speichern der erhöhten Energie in der zusätzlichen Drehmo mentvorrichtung, anstatt das erhöhte Motordrehmoment bei der Kurbelwelle des Motors einzusetzen;
Ändern der Betriebsart des Motors von dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis in das magere Luft/Kraftstoff- Verhältnis; und
Steuern der Freisetzung der gespeicherten Energie.

2. Verfahren zur Drehmomentsteuerung nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Speicherns der erhöhten Energie durch das Laden der Fahrzeugbatterie erfolgt.

3. Verfahren zur Drehmomentsteuerung nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Umwandelns des erhöhten Motordrehmo ments durch Steuern des Ausgangs einer mit der zusätzlichen Drehmomentvorrichtung funktional verbundenen Kombination aus Drehstromlichtmaschine und Anlasser erfolgt.

4. Verfahren zur Drehmomentsteuerung nach Anspruch 2, bei dem zur Ermittlung des Energiespeicherzustands der Lade zustand der Fahrzeugbatterie ermittelt wird.

5. System zur Drehmomentsteuerung bei einem Magermotor, umfassend:
einen Einspritzmotor mit einer Abtriebswelle;
eine Energiespeichervorrichtung, die funktional mit dem Motor verbunden ist;
ein Luftansaugsystem, das an dem Motor angebracht ist und ein Drosselklappengehäuse aufweist, das Luft zu dem Motor strömen läßt;
ein elektronisches Steuergerät zur Steuerung des Motors und des Betriebs der Kraftstoffeinspritzdüsen und des Zündzeit punkts;
ein Abgaskrümmersystem mit einem Katalysator, der mit einem Magerverbrennungs-NOx-Abscheider parallelgeschaltet ist;
Sensoren, die mit dem Abgaskrümmersystem funktional verbunden sind, um den Zustand des darin befindlichen Abgases zu erfas sen, und die mit dem elektronischen Steuergerät funktional verbunden sind;
einen in dem elektronischen Steuergerät gespeicherten Algo rithmus zur Steuerung des Drehmoments, welcher den Übergang der Betriebsart des Motors von einem mageren Luft/Kraftstoff- Verhältnis zu einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und zu rück steuert, um den Magerverbrennungs-NOx-Abscheider zu spü len; und
eine zusätzliche Drehmomentvorrichtung, die mit der Abtriebs welle gekoppelt ist und in Reaktion auf den Algorithmus zur Steuerung des Drehmoments die Abtriebswelle antreibt, wenn der Magerverbrennungs-NOx-Abscheider nicht gespült wird, und die die Energiespeichervorrichtung während der Spülung des Magerverbrennungs-NOx-Abscheiders auflädt.

6. System zur Drehmomentsteuerung bei einem Magermotor nach Anspruch 5, bei dem die Energiespeichervorrichtung eine Fahrzeugbatterie ist.

7. System zur Drehmomentsteuerung bei einem Magermotor nach Anspruch 5, bei dem die zusätzliche Drehmomentvorrich tung eine Kombination aus Drehstromlichtmaschine und Anlasser ist, die mit der Abtriebswelle des Motors und mit einer Bat terie funktional verbunden ist.

8. System zur Drehmomentsteuerung bei einem Magermotor nach Anspruch 5, bei dem der Motor ein Fremdzündungsmotor mit Direkteinspritzung ist.

9. System zur Drehmomentsteuerung bei einem Magermotor nach Anspruch 5, bei dem das elektronische Steuergerät einen Algorithmus umfaßt, wobei der Algorithmus dafür sorgt, daß die Drosselklappenstellung während des Übergangs der Be triebsart von dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufrechterhalten wird;
wobei der Algorithmus dafür sorgt, daß die Kraftstoffimpuls länge, die die Kraftstoffeinspritzdüsen steuert, erhöht wird, um die Menge des dem Motor zugeführten Kraftstoffs zu erhö hen; und
wobei der Algorithmus dafür sorgt, daß die Kraftstoffimpuls länge während des Übergangs der Betriebsart von dem fetten zu dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis herabgesetzt wird.

10. System zur Drehmomentsteuerung bei einem Magermotor nach Anspruch 5, bei dem der Motor ein Hybridmotor ist und die zusätzliche Drehmomentvorrichtung durch Energierückgewin nung bremst und ein zusätzliches Motordrehmoment für den Hy bridmotor liefert.

11. System zur Drehmomentsteuerung bei einem Magermotor nach Anspruch 5, bei dem der Motor ein Schichtladungsmotor ist.

12. Verfahren zur Drehmomentsteuerung bei Magermotoren mit Kraftstoffeinspritzung, die wenigstens einen Zylinder, einen Magerverbrennungs-NOx-Abscheider (LNT-Abscheider) in der Abgasanlage und eine mit dem Motor funktional verbundene zusätzliche Drehmomentvorrichtung aufweisen, wobei das Ver fahren folgende Schritte umfaßt:
Messen des Luftstromes in den Motor;
Steuern der dem Ansaugkrümmer des Motors zugeführten Menge an rückgeführtem Abgas;
Steuern des Zündzeitpunkts, des Zeitpunkts der Kraftstoffein spritzung und der Länge des an die Kraftstoffeinspritzdüsen abgesetzten Kraftstoffimpulses, um den Füllungsgrad des Kraftstoffgemisches in den Zylindern des Motors zu ermitteln;
Ermitteln des Ausgangsdrehmoments des Motors, wobei das Bela stungsdrehmoment vom Motor geliefert wird, und das Drehmoment von der zusätzlichen Drehmomentvorrichtung geliefert wird; und
Steuern der Ladung und Absorption der zusätzlichen Drehmo mentvorrichtung, um den gesamten Drehmomentbedarf in dem Sy stem nach der Beziehung T_e + T_sta = T_d aufrechtzuerhalten, wo bei T_e gleich dem Motordrehmoment ist, T_sta gleich dem von der zusätzlichen Drehmomentvorrichtung erzeugten oder absorbier ten Drehmoment ist, und T_d gleich dem gesamten Drehmomentbe darf des Motorsystems ist.

13. Zusätzliche Drehmomentvorrichtung für einen Magermo tor, umfassend eine mit einem Anlasser funktional verbundene Drehstromlichtmaschine, wobei der Anlasser mit der Kurbelwel le des Motors funktional verbunden ist und die Drehstrom lichtmaschine dafür sorgt, daß eine Batterie während eines vorbestimmten Zeitraums geladen wird, und wobei der Anlasser zu einem anderen als dem vorbestimmten Zeitraum eine durch Energierückgewinnung erzeugte Bremskraft und ein zusätzliches Drehmoment an die Kurbelwelle des Motors liefert.