DE10020789C2 - Verfahren und System für den Übergang zwischen magerem und stöchiometrischem Kraftstoff-Luft-Verhältnis in einem mit magerer Verbrennung betriebenen Motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren und Systeme für den Übergang zwischen einer mageren und einer stöchiometrischen Gemischzusammensetzung eines mit magerer Verbrennung betriebenen Motors, der durch verringerten NO_x- Schadstoffausstoß am Auspuff-Endrohr gekennzeichnet ist.

Der Betrieb eines typischen, mit eingespritztem Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis betriebenen Verbrennungsmotors, wie er bei Kraftfahrzeugen anzutreffen ist, führt zur Erzeugung von Motorabgas, das eine Reihe von Luftschadstoffen, unter anderem Stickoxide (NO_x), enthält. Der Anteil der von einem Motor produzierten Stickoxide hängt von einer Reihe von Faktoren ab, wie beispielsweise der Motordrehzahl, der Motorlast, der Motortemperatur, der Zündzeitpunktverstellung und der Abgasrückführung.

Nach dem bisherigen Stand der Technik ist ein Abgasreinigungssystem für derartige Motoren bekannt, bei dem das Motorabgas zunächst durch einen Dreiwegekatalysator geleitet wird, der in der Regel eine Verringerung des NO_x- Schadstoffausstoßes am Auspuff-Endrohr bewirkt, wenn der Motor mit oder annähernd mit stöchiometrischer Gemischzusammensetzung betrieben wird. Um den Betrieb des Motors mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch, das heißt einem Verhältnis mit mehr Luftanteilen als beim stöchiometrischen Kraftstoff-Luft- Verhältnis zu ermöglichen, bei dem der Dreiwegekatalysator einen geringeren Wirkungsgrad hinsichtlich der Verringerung der vom Motor produzierten Stickoxide aufweist, wird das Abgas beim Verlassen des Dreiwegekatalysators normalerweise durch einen nachgeordneten NO_x-Abscheider geleitet. Der Abscheider enthält ein Material, das nominell das NO_x aus dem Abgas "absorbiert" bzw. dieses einlagert, wenn das Abgas "mager" bzw. sauerstoffreich ist, das heißt wenn das Verhältnis aus angesaugter Luft und eingespritztem Kraftstoff größer ist als das stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis, und das nominell das zuvor eingelagerte NO_x "desorbiert" bzw. freisetzt, wenn das Abgas entweder eine stöchiometrische Gemischzusammensetzung aufweist oder relativ zur stöchiometrischen Gemischzusammensetzung "fett" ist, das heißt wenn das Verhältnis aus angesaugter Luft und eingespritztem Kraftstoff dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis entspricht oder kleiner als dieses ist.

Da der fortgesetzte Betrieb des Motors mit magerem Gemisch das NO_x- absorbierende Material des Abscheiders schließlich "auffüllt" bzw. sättigt, wird nach dem bisherigen Stand der Technik das Kraftstoff-Luft-Verhältnis regelmäßig zwischen einer nominell mageren Einstellung und einer fetten Einstellung, bei der das absorbierte NO₂ freigesetzt bzw. der NO_x-Abscheider "gereinigt" wird, umgestellt. Der Zeitraum der Aufnahme des NO_x im Abscheider wird in der Regel als "Einlagerungszeit" bezeichnet, während der Zeitraum der Freisetzung des NO_x aus dem Abscheider in der Regel als "Reinigungszeit" bezeichnet wird. Die Einlagerungszeit und die Reinigungszeit werden vorzugsweise so geregelt, daß die mittels des Motorbetriebs mit magerem Gemisch erzielten Vorteile eines erhöhten Kraftstoffwirkungsgrads maximiert werden, ohne als Begleiterscheinung den Ausstoß von NO_x in den Abgasemissionen des Fahrzeugs zu erhöhen.

Es wurde jedoch festgestellt, daß ein mit Ottokraftstoff angetriebener Verbrennungsmotor beim Übergang zwischen einem Betrieb mit magerem Gemisch (magere Betriebsbedingung) und einem Betrieb mit annähernd stöchiometrischem Gemisch (annähernd stöchiometrische Betriebsbedingung) zur Erzeugung erhöhter NO_x-Werte neigt. Ein derartiger Motor neigt insbesondere dann zur Erzeugung erhöhter NO_x-Werte, wenn jeder seiner Zylinder mit einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Bereich zwischen etwa 18 und etwa 15 betrieben wird. Derartige erhöhte NO_x-Werte führen insbesondere dann zu einem erhöhten NO_x- Schadstoffausstoß am Auspuff-Endrohr, wenn ein Übergang von einer mageren Gemischzusammensetzung zu einer stöchiometrischen Gemischzusammensetzung unmittelbar vor einem festgelegten Reinigungsvorgang stattfindet, weil der unmittelbare Wirkungsgrad (das heißt der unmittelbare NO_x-Absorptionsbetrag) verringert ist und/oder ein Mangel an verfügbarer NO_x-Einlagerungskapazität besteht.

Zur Abhilfe ist in der amerikanischen Patentschrift US 5,423,181 ein Verfahren zum Betrieb eines mit magerer Verbrennung arbeitenden Motors dargelegt, bei dem der Übergang von einer mageren Betriebsbedingung zu einer annähernd stöchiometrischen Betriebsbedingung durch einen kurzen Zeitraum gekennzeichnet ist, in dem der Motor mit einem angefetteten Kraftstoff-Luft- Gemisch betrieben wird, das heißt mit einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis, das relativ zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis fett ist. Bei diesem Lösungsansatz verringern die überschüssigen Kohlenwasserstoffe, die als Ergebnis dieses "fetten Impulses" den Abscheider durchströmen, das überschüssige NO_x, das gleichzeitig aus dem Abscheider freigesetzt wird, wobei sich der andernfalls beim Übergang von einer mageren zu einer stöchiometrischen Gemischzusammensetzung ergebende Gesamtausstoß von NO_x-Schadstoffen am Auspuff-Endrohr verringert.

Aus der DE 197 41 079 A1 ist ein Verfahren zur Regeneration einer Stickoxidfalle im Abgassystem eines Verbrennungsmotors mit einer elektronischen Motorsteue­ rung bekannt. Durch die Motorsteuerung wird abhängig von einer Vielzahl von Mo­ torbetriebsparametern bestimmt, ob dem Verbrennungsmotor ein mageres oder ein im wesentlichen stöchiometrisches Luft-/Kraftstoffgemisch zugeführt wird. Durch die elektronische Motorsteuerung wird ferner unter vorgegebenen ersten Auslösebe­ dingungen ein Grundregenerationszyklus der Stickoxidfalle ausgelöst. Um Emissi­ onsspitzen beim Übergang mager-stöchiometrisch zu vermeiden, wobei gewähr­ leistet werden soll, daß der Motor in einem möglichst großen Drehzahl- /Drehmomentbereich mager betrieben werden kann, wird bei einem Übergang vom mageren in den stöchiometrischen Betriebsmodus und bei einem Vorliegen von vorgegebenen zweiten Auslösebedingungen ein Zusatzregenerationszyklus der Stickoxidfalle ausgelöst. Durch diesen Zusatzregenerationszyklus wird die Stick­ oxidfalle vor dem Übergang in den stöchiometrischen Modus regeneriert, so daß eine unkontrollierte Freisetzung gespeicherter Stickoxide nicht mehr möglich ist.

Die DE 35 40 420 C2 offenbart ein Verfahren zum Regeln oder Steuern des Luft- Kraftstoff-Verhältnisses eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das einem Verbren­ nungsmotor zugeführt wird, der eine Mehrzahl von Zylindern, die in wenigstens zwei Zylindergruppen unterteilt sind, einen Abgaskanal mit wenigstens zwei unter­ teilten Abschnitten, die mit den entsprechenden Zylindergruppen verbunden sind, und einen Abgassensor in jedem der unterteilten Abschnitte des Abgaskanals auf­ weist. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches wird in jeder Zylindergruppe individuell entweder in der Betriebsart "Regelung" mit Rückführung in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen des der Zylindergruppe zugeordneten Abgassensors geregelt oder in der Betriebsart "Steuerung" ohne Rückführung gesteuert. In einem ersten Schritt wird individuell für jede Zylindergruppe bestimmt, ob eine der Be­ triebsart "Regelung" oder eine der Betriebsart "Steuerung" zugeordnete Betriebs­ bedingung erfüllt ist. Um zu verhindern, daß sich bei einem Übergang von der Be­ triebsart "Regelung" in die Betriebsart "Steuerung" die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse zwischen den Zylindergruppen voneinander unterscheiden, wodurch sich die An­ triebsleistung des Motors verschlechtern könnte, wird in einem zweiten Schritt be­ stimmt, ob in sämtlichen Zylindergruppen die Betriebsbedingung für die eine oder die andere Betriebsart erfüllt ist, und werden in einem dritten Schritt sämtliche Zy­ lindergruppen in der bisherigen gleichen Betriebsart solange betrieben, bis in sämt­ lichen Zylindergruppen gleichzeitig die Betriebsbedingung für die jeweils andere Betriebsart erfüllt ist.

Durch die Erfindung soll ein Verfahren für den Übergang des Motors zwischen einer mageren Betriebsbedingung und einer annähernd stöchiometrischen Betriebsbe­ dingung geschaffen werden, das durch verringerte Werte von durch den Motor er­ zeugtem NO_x gekennzeichnet ist, wobei der Gesamtausstoß von NO_x-Schadstoffen am Auspuff-Endrohr vorteihafterweise weiter verringert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch ein System nach Anspruch 11 gelöst. Gemäß der Erfindung wird ein Verfah­ ren und System für den Übergang eines Motors zwischen einer ersten und einer zweiten Betriebsbedingung vorgeschlagen, wobei die erste und die zweite Be­ triebsbedingung durch Verbrennung eines zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs mit einem ersten bzw. einem zweiten Kraftstoff-Luft-Verhältnis in allen vorhandenen Motorzylindern gekennzeichnet sind, wobei das erste oder das zweite Kraftstoff-Luft-Verhältnis relativ zu einem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis im wesentlichen mager ist und das jeweils andere Kraftstoff-Luft-Verhältnis einer vollständig oder annähernd stöchiometrischen Gemischzusammensetzung (nachfolgend "annähernd stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis" genannt) entspricht. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei getrennte Zylindergruppen unterschieden werden, denen das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit dem ersten Kraftstoff-Luft-Verhältnis zugeführt wird, und daß das Kraftstoff-Luft- Verhältnis des der jeweiligen Zylindergruppe zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs stufenweise vom ersten Kraftstoff-Luft-Verhältnis in das zweite Kraftstoff-Luft- Verhältnis überführt wird, was folgendes beinhaltet: Es werden zumindest zwei getrennte Zylindergruppen unterschieden, die mit dem ersten Kraftstoff-Luft- Verhältnis arbeiten, und das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des jedem einzelnen Zylinder zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs wird stufenweise zwischen dem ersten und dem zweiten Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert. Auf diese Weise vermeidet die Erfindung vorteilhafterweise den Betrieb der jeweiligen Zylinder im Bereich der mit der Erzeugung hoher NO_x-Werte behafteten Kraftstoff-Luft- Verhältnisse zwischen etwa 18 und dem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff- Luft-Verhälnis während derartiger Übergänge von entweder einer mageren Betriebsart zu einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart oder von einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart zu einer mageren Betriebsart.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung werden in einer bevorzugten Ausführungsform die Drehmomentschwankungen, die sich aus der Verwendung verschiedener Kraftstoff-Luft-Gemische in mehreren Zylindern während des Übergangs ergeben, dadurch minimiert, daß für eine mit annähernd stöchiometrischem Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeitende Zylindergruppe so lange der Zündzeitpunkt zeitlich nach hinten erstellt wird, bis alle Zylinder entweder mit der ersten oder der zweiten Betriebsart arbeiten. Auf diese Weise wird für jede Zylindergruppe beim Übergang von einr mageren Betriebsart zu einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart stufenweise zwischen dem Betrieb mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis und dem Betrieb mit einem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis gewechselt, wobei für jede Zylindergruppe, deren jeweiliges Kraftstoff-Luft-Gemisch stufenweise in das annähernd stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis überführt wurde, gleichzeitig der Zündzeitpunkt zeitlich nach hinten verstellt wird. Auf ähnliche Weise wird beim Übergang von einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart Weise zu einer mageren Betriebsart anfänglich für alle Zylindergruppen (von denen jede vor dem Übergang mit einem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft- Verhältnis arbeitet) der Zündzeitpunkt zeitlich nach hinten verstellt. Wenn anschließend das den einzelnen Zylindergruppen zugeführte Kraftstoff-Luft- Gemisch stufenweise in das magere Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert wird, wird für diese Zylinder gleichzeitig der Zündzeitpunkt zeitlich nach vorne verstellt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird, nachdem der Zündzeitpunkt für alle Zylindergruppen, für die der Übergang von einer mageren Betriebsart zu einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart erfolgt ist, nach hinten verstellt wurde, und für alle mit dem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeitenden Zylinder der Zündzeitpunkt vorzugsweise langsam zeitlich nach vorne verstellt, während entweder unter dem Einfluß einer Drosselklappensteuerung oder durch den Fahrer des Fahrzeugs der Luftmassendurchsatz verringert wird. Die Anpassung des Zündzeitpunkts und des Luftdurchflusses bei Erreichen des annähernd stöchiometrischen Betriebs in allen Zylindern gewährleistet ein Höchstmaß an Kraftstoffeinsparung, wobei für die Fahrzeuginsassen nur eine geringe zusätzliche Drehmomentschwankung feststellbar ist.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird die Erfindung in Verbindung mit einem nachgeordneten NO_x-Abscheider verwendet, in dem NO_x eingelagert wird, wenn das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Motors mager ist, und aus dem das eingelagerte NO_x freigesetzt wird, wenn der Motor mit einem Kraftstoff-Luft- Verhältnis betrieben wird, das dem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis entspricht oder relativ zu diesem fett ist, wobei das Verfahren vorzugsweise eine Anreicherung des Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Erzeugen eines dritten Kraftstoff- Luft-Gemischs vorsieht, das zumindest einem Zylinder für einen vorbestimmten Zeitraum zugeführt wird, in dem der Abscheider von eingelagertem NO_x gereinigt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das der letzten Zylindergruppe zugeführte und stufenweise von einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis in ein annähernd stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis geänderte Kraftstoff-Luft- Verhältnis statt dessen unmittelbar stufenweise in ein fettes Kraftstoff-Luft- Verhältnis geändert, damit der Reinigungsvorgang beginnen kann. Bei Bedarf wird das zumindest einer Zylindergruppe zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch, von denen jede bereits mit einem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft- Verhältnis arbeitet, gleichzeitig stufenweise in das fette Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert. Nach Abschluß des Reinigungsvorgangs wird das jeder angereicherten Zylindergruppe zugeführte angereicherte Kraftstoff-Luft-Gemisch erneut stufenweise Weise in ein annähernd stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis zurückgeführt.

Die Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ohne weiteres unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Berücksichtigung der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems für die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der NO_x-Ausbildung im zugeführten Abgas für einen Bereich von Kraftstoff-Luft-Verhältnissen,

Fig. 3 ein erweitertes Zeitsteuerungsdiagramm zur Veranschaulichung eines Paars von Übergängen zwischen einer mageren Betriebsart und einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart und

Fig. 4 ein erweitertes Zeitsteuerungsdiagramm zur Veranschaulichung eines Übergangs von einer mageren Betriebsart zu einer stöchiometrischen Betriebsart und unmittelbar in einen festgelegten Reinigungsvorgang.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 enthält ein beispielhaft dargestelltes Regelungssystem 10 für einen mit Ottokraftstoff angetriebenen Vierzylinder- Ottomotor 12 mit Direkteinspritzung für ein Kraftfahrzeug ein elektronisches Steuergerät 14 mit, wie gezeigt, einem Nur-Lese-Speicher (ROM), einem Arbeitsspeicher (RAM) und einem Prozessor (CPU). Das Steuergerät 14 steuert den Einzelbetrieb jeder Kraftstoff-Einspritzdüsengruppe 16. Die Kraftstoff- Einspritzdüsen 16 in herkömmlicher Bauart sind so angeordnet, daß sie jeweils eine durch das Steuergerät 14 exakt zugemessene Menge von Kraftstoff in einen zugehörigen Zylinder 18 des Motors 12 einspritzen. Das Steuergerät 14 steuert in ähnlicher Weise auf an sich bekannte Weise den Einzelbetrieb, das heißt die zeitliche Steuerung des Stroms, der durch jede Zündkerze eines Zündkerzensatzes 20 geleitet wird.

Das Steuergerät 14 steuert außerdem eine elektronische Drosselklappe 22, die den Luftmassenstrom in den Motor 12 reguliert. Ein an der Luftansaugstelle des Ansaugkrümmers 26 des Motors angeordneter Luftmassenmesser 24 liefert ein Signal für den sich aus der Stellung der Drosselklappe 22 des Motors ergebenden Luftmassendurchfluß. Das Luftdurchflußsignal des Luftmassenmessers 24 wird vom Steuergerät 14 zur Berechnung eines Luftmassenwerts verwendet, der angibt, welche Luftmasse pro Zeiteinheit in das Luftansaugsystem des Motors strömt.

Ein beheizter Sensor 28 für den Abgassauerstoffgehalt erkennt den Sauerstoffgehalt des vom Motor erzeugten Abgases und überträgt ein Signal an das Steuergerät 14. Der beheizte Sensor 28 für den Abgassauerstoffgehalt dient zur Regelung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für den Motor, insbesondere während des Betriebs des Motors 12 mit einem vollständig oder annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis, das für ein Ausführungsbeispiel etwa 14,65 beträgt. Mehrere weitere Sensoren (nicht dargestellt) erzeugen außerdem als Rückmeldung verschiedener Motorbetriebsparameter zusätzliche elektrische Signale zur Verwendung durch das Steuergerät 14.

Eine Auspuffanlage 30 leitet bei der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs in den einzelnen Zylindern 18 produziertes Abgas durch einen Dreiwegekatalysator 32 und anschließend durch einen nachgeordneten NO_x- Abscheider 34, die beide auf an sich bekannte Weise arbeiten, um die Menge an vom Motor erzeugtem NO_x zu verringern, das aus dem Auspuff-Endrohr 36 des Fahrzeugs austritt.

Während des Betriebs des Motors 12 überträgt das Steuergerät 14 ein Steuersignal an die elektronische Drosselklappe 22 und an jede Kraftstoff- Einspritzdüse 16, um ein angestrebtes Kraftstoff-Luft-Verhältnis für das jeweils den einzelnen Zylindern 18 zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch aufrechtzuerhalten.

Wie oben erwähnt und in Fig. 2 veranschaulicht, ist die NO_x-Konzentration im von jedem beliebigen Zylinder 18 erzeugten Abgas von dem im Zylinder vorliegenden Kraftstoff-Luft-Verhältnis (in Fig. 2 als KLV bezeichnet) abhängig. Erfindungsgemäß reguliert das Steuergerät 14 das Kraftstoff-Luft-Verhältnis für das den einzelnen Zylindergruppen 18 zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch, um einen Zylinderbetrieb mit Kraftstoff-Luft-Verhältnissen zwischen etwa 18 und etwa 15 zu vermeiden (wobei das letztgenannte relativ zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis von 14,65 geringfügig mager ist), auch wenn gerade ein Übergang zwischen einer mageren Betriebsart und einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart stattfindet.

Insbesondere vermeidet das Steuergerät 14 erfindungsgemäß einen derartigen erhöhten NO_x-Schadstoffausstoß von vornherein, indem das Kraftstoff-Luft- Verhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs, das jeder Gruppe einer Reihe von getrennten Zylindergruppen 18 (im dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier getrennte Zylindergruppen 18 vorhanden, wobei jede Gruppe einen Zylinder 18 umfaßt) zugeführt wird, stufenweise zwischen einem mageren Kraftstoff-Luft- Verhältnis mit einem Wert von zumindest etwa 18 (in Fig. 2 als Punkt A dargestellt) und einem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis mit einem Wert von etwa 15 (in Fig. 2 als Punkt B dargestellt) geändert wird. Beispielshalber sind vom vorgeschlagenen System erreichte Übergänge von magerem in stöchiometrischen Betrieb und von stöchiometrischem in mageren Betrieb in Fig. 3 dargestellt (wobei jede der vier Gruppen einen einzelnen Zylinder 18 umfaßt). Auf diese Weise vermeidet die Erfindung den Betrieb eines beliebigen Zylinders 18 im Bereich problematischer Kraftstoff-Luft-Verhältnisse.

Zur Minimierung der Drehmomentschwankungen beim Übergang von einer mageren Betriebsart zu einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart bzw. beim Übergang von einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart zu einer mageren Betriebsart verstellt das Steuergerät 14 den Zündzeitpunkt für einen beliebigen Zylinder 18 bzw. eine beliebige Zylindergruppe 18, der bzw. die während des Übergangs mit einem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeitet, zeitlich nach hinten. Da insbesondere jeder Zylinder 18, der mit einem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeitet, ein größeres Drehmoment erzeugt als ein anderer Zylinder 18, der mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeitet, wird der Zündzeitpunkt nur in den Zylindern 18 mit annähernd stöchiometrischem Kraftstoff-Luft-Verhältnis zeitlich nach hinten verstellt, um so das erzeugte Drehmoment auszugleichen, bis alle Zylinder entweder eine magere oder eine annähernd stöchiometrische Betriebsart erreicht haben.

Auf diese Weise wird beim Übergang von einer mageren Betriebsart zu einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart jeder Zylinder 18 stufenweise vom Betrieb mit einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis in den Betrieb mit einem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis überführt, wobei gleichzeitig der Zündzeitpunkt für jeden Zylinder, dessen entsprechendes Kraftstoff-Luft-Gemisch stufenweise in ein annähernd stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert wurde, zeitlich nach hinten verstellt wird. Auf ähnliche Weise wird beim Übergang von einer annähernd stöchiometrischen Betriebsart zu einer mageren Betriebsart der Zündzeitpunkt anfänglich für alle Zylinder 18 (die alle vor dem Übergang mit einem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeiten) zeitlich nach hinten verstellt. Anschließend wird gleichzeitig mit der stufenweisen Änderung des den einzelnen Zylindern 18 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs hin zu einem mageren Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Zündzeitpunkt für den Zylinder 18 zeitlich nach vorne verstellt.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird nach der Verstellung des atz Zündzeitpunkts für alle Zylinder 18, die von einer mageren Betriebsart in eine annähernd stöchiometrische Betriebsart überführt wurden, wobei alle Zylinder 18 mit dem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeiten, der Zündzeitpunkt vorzugsweise während eines vorbestimmten Zeitraums t₂ zeitlich nach vorne verstellt, während unter dem Einfluß einer Drosselklappensteuerung 22 oder durch den Fahrer des Fahrzeugs der Luftmassendurchsatz verringert wird. Die Anpassung des Zündzeitpunkts und des Luftmassendurchflusses während des Zeitraums t₂ gewährleistet ein Höchstmaß an Kraftstoffeinsparung, wobei für die Fahrzeuginsassen nur eine geringe zusätzliche Drehmomentschwankung feststellbar ist, nachdem die Zylinder 18 jeweils den annähernd stöchiometrischen Betrieb erreicht haben.

Erfindungsgemäß erfolgt die relative Zeitsteuerung der stufenweisen Änderung der Kraftstoff-Luft-Verhältnisse für die einzelnen Zylinder 18 mittels des Steuergeräts 14. Wenn der Motor mit Direkteinspritzung des Kraftstoffs in die einzelnen Zylinder 18 arbeitet, erfolgen die Änderungen an den Kraftstoff-Luft- Verhältnissen sofort, und es ist eine Verzögerung bzw. "Wartezeit t₁" von lediglich einem Zylinderereignis zwischen der stufenweisen Änderung für eine Zylindergruppe 18 und der stufenweisen Änderung für eine weitere Zylindergruppe 18 notwendig. Wenn der Motor mit Saugrohreinspritzung arbeitet, kann eine längere Verzögerung notwendig sein, damit gewährleistet ist, daß jeder Zylinder 18, für den eine stufenweise Änderung erfolgt ist, das angestrebte Kraftstoff-Luft- Verhältnis erreicht hat. Vorteilhafterweise kann das Steuergerät 14 die Wartezeit t₁ alternativ auf jede geeignete Weise berechnen, beispielsweise in Abhängigkeit von den Motorbetriebsarten wie Motorlast und Motordrehzahl ebenso wie mittels einer im Speicher des Steuergeräts gespeicherten Wertetabelle.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, folgt auf die stufenweise Änderung entweder in die magere Betriebsart oder in die annähernd stöchiometrische Betriebsart für die letzte Zylindergruppe 18 vorzugsweise eine Wartezeit t₂, während der die elektronische Drosselklappe 22 den Luftmassenstrom in den Motor 12 anpaßt, oder es hat der Fahrer des Fahrzeugs auf andere Weise die Möglichkeit zur Reaktion, wobei er den Druck auf das Gaspedal (nicht dargestellt) geringfügig verringert, während der Zündzeitpunkt zum Erreichen der optimalen Einstellung zeitlich wieder nach vorne verstellt wird. Auf diese Weise wird eine annähernd konstante Motordrehmomentabgabe erreicht.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung wird das Verfahren aufgrund des verringerten unmittelbaren Wirkungsgrads des Abscheiders (das heißt wegen des verringerten unmittelbaren NO_x-Absorptionsbetrags) und/oder eines Mangels an verfügbarer NO_x-Einlagerungskapazität im Abscheider 34, wodurch die Notwendigkeit zur Reinigung zunächst einmal verursacht wurde, vorzugsweise auch beim Übergang von einer mageren Motorbetriebsart zu einer für die Beseitigung des im Abscheider 34 angereicherten NO_x geeigneten Motorbetriebsart angewendet. Desweiteren erfolgt, wie in Fig. 4 dargestellt ist, die für die letzte Zylindergruppe 18 durchzuführende stufenweise Änderung vorzugsweise als sofortiger stufenweiser, über die stöchiometrische Betriebsart führender Übergang auf die fette Betriebsart, wobei der Reinigungsvorgang sofort beginnt. Selbstverständlich beabsichtigt die Erfindung, andere zu diesem Zeitpunkt mit dem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft- Verhältnis arbeitende Zylinder 18/Zylindergruppen 18 gleichzeitig in die mit fettem Kraftstoff-Luft-Gemisch arbeitende Betriebsart zu überführen, um auf diese Weise die Intensität des Reinigungsvorgangs zu erhöhen. Vorteilhafterweise sind die Reinigungszeit t₃, der relative Grad, auf den zumindest ein Zylinder 18 während der Reinigung angefettet wird, und die Anzahl der mit einem angefetteten Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeitenden Zylinder 18 jeweils von den Eigenschaften des Abscheiders abhängig. Die angefettete Betriebsart wird daraufhin für eine vorbestimmte "Reinigungszeit t₃" aufrechterhalten. Am Ende des Reinigungsvorgangs wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch, mit dem die einzelnen Zylinder 18 arbeiten, nominell auf das stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis zurückgeführt.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann das Steuergerät 14 das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des einem oder mehreren Zylindern 18 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs anfetten, nachdem die letzte Zylindergruppe 18 in eine annähernd stöchiometrische Betriebsart versetzt wurde und nachdem ein geeigneter vorbestimmter Zeitraum t₂ abgelaufen ist.

Zwar wurde die beste Ausführungsform der Erfindung detailliert beschrieben, doch werden die Fachleute auf dem die Erfindung betreffenden Gebiet verschiedene alternative Bauarten und Ausführungsformen zur praktischen Umsetzung der Erfindung innerhalb des durch die anhängenden Ansprüche definierten Geltungsbereichs erkennen. Zwar wurde beispielsweise die Verwendung der Zündzeitpunktverstellung zum Ausgleich der Drehmomentabgabe während des Übergangs offenbart, doch beabsichtigt die Erfindung vorteilhafterweise auch die Verwendung eines anderen geeigneten Mechanismus zur Regelung der Drehmomentabgabe der einzelnen Zylinder 18 während des Übergangs, einschließlich eines beliebigen geeigneten Mechanismus zur Änderung des den einzelnen Zylindern 18 jeweils zugeführten Luftmassenstroms.

Claims (16)

1. Verfahren für den Übergang zwischen einer ersten Betriebsart und einer zwei­ ten Betriebsart eines Verbrennungsmotors (12), wobei die erste Betriebsart und die zweite Betriebsart durch Verbrennung eines zugeführten Kraftstoff-Luft- Gemischs mit einem ersten bzw. einem zweiten Kraftstoff-Luft-Verhältnis in je­ dem einzelnen von mehreren Motorzylindern (18) gekennzeichnet sind und wo­ bei das erste oder das zweite Kraftstoff-Luft-Verhältnis im wesentlichen relativ zu einem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis mager ist und das jeweils andere Kraftstoff-Luft-Verhältnis ein annähernd stöchiometrisches Kraftstoff- Luft-Verhältnis ist, gekennzeichnet durch:
Unterscheidung von zumindest zwei getrennten Zylindergruppen, denen das Kraftstoff-Luft-Gemisch mit dem ersten Kraftstoff-Luft-Verhältnis zugeführt wird, und
stufenweise Änderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des den einzelnen Zy­ lindergruppen zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs vom ersten Kraftstoff-Luft- Verhältnis in das zweite Kraftstoff-Luft-Verhältnis.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stufenweise Än­ derung die Aufrechterhaltung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für das einer ersten Zylindergruppe zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs für einen vorbe­ stimmten Zeitraum vorsieht, bevor nachfolgend das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des einer zweiten Zylindergruppe zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs geän­ dert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß während des Übergangs von der ersten Betriebsart zur zweiten Betriebsart eine im wesentli­ chen konstante Drehmomentabgabe jeder Zylindergruppe aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Zündzeitpunkt für die Verbrennung in einer Zylindergruppe im Hin­ blick auf eine andere Zylindergruppe zeitlich nach hinten verstellt wird, bis alle Zylindergruppen mit der zweiten Betriebsart arbeiten.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der einen Zylinder­ gruppe ein annähernd stöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zünd­ zeitpunkt für die Verbrennungszündung für alle Zylindergruppen zeitlich nach vorne verstellt wird, wenn alle Zylindergruppen mit der zweiten Betriebsart ar­ beiten.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der zeitlichen Verstellung nach vorn ein allen Zylindergruppen zufließender Luft­ massenstrom verringert wird.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das erste Kraftstoff-Luft-Verhältnis das magere Kraftstoff-Luft- Verhältnis ist und das zweite Kraftstoff-Luft-Verhältnis das annähernd stöchio­ metrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis ist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß ermittelt wird, wann das allen außer einer Zylindergruppe zugeführte Kraftstoff-Luft-Verhältnis stufenweise in das zweite Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert wurde und das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs für die eine Zylinder­ gruppe stufenweise in ein drittes Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert wird, das relativ zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis fett ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Kraftstoff- Luft-Verhältnis in der einen Zylindergruppe für einen dritten vorbestimmten Zeit­ raum aufrechterhalten wird und außerdem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des der einen Zylindergruppe zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs wieder in das zweite Kraftstoff-Luft-Verhältnis geändert wird.

11. System zur Regelung des Betriebs eines Motors (12) für magere Verbrennung mit mehreren Zylindern (18), wobei jeder Zylinder (18) eine zugemessene Menge Kraftstoff aus einer entsprechenden Kraftstoff-Einspritzdüse (16) erhält und jeder Zylinder (18) einen Zündfunken von einer entsprechenden Zündkerze (20) erhält, gekennzeichnet durch:
ein Steuergerät (14) mit einem zum Betrieb der Kraftstoff-Einspritzdüse (20) für jeden Zylinder (18) eingerichteten Mikroprozessor, mit dem das Kraftstoff-Luft- Verhältnis eines jedem Zylinder (18) zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches ein­ zeln geregelt wird, wobei das Steuergerät (14) außerdem so eingerichtet ist, daß ein Übergang des Motors (12) von einer ersten Betriebsart zu einer zwei­ ten Betriebsart erfolgt, wobei die erste Betriebsart durch ein erstes Kraftstoff- Luft-Verhältnis und die zweite Betriebsart durch ein zweites Kraftstoff-Luft- Verhältnis so gekennzeichnet sind, daß das erste oder das zweite Kraftstoff- Luft-Verhältnis im wesentlichen relativ zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luft- Verhältnis mager ist und das jeweils andere Kraftstoff-Luft-Verhältnis einem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis entspricht und wobei das Steuergerät (14) so eingerichtet ist, daß es das Kraftstoff-Luft-Verhältnis für jedes zumindest zwei Zylindern (18) zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisch stu­ fenweise vom ersten Kraftstoff-Luft-Verhältnis in das zweite Kraftstoff-Luft- Verhältnis ändert.

12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (14) außerdem so eingerichtet ist, daß das Kraftstoff-Luft-Verhältnis für jeden Zylin­ der (18) für einen ersten vorbestimmten Zeitraum entsprechend dem ersten o­ der dem zweiten Kraftstoff-Luft-Verhältnis aufrechterhalten wird, nachdem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des einem beliebigen Zylinder (18) zugeführten Kraft­ stoff-Luft-Gemischs vom ersten Kraftstoff-Luft-Verhältnis in das zweite Kraft­ stoff-Luft-Verhältnis geändert wurde.

13. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuer­ gerät (14) außerdem so eingerichtet ist, daß es die Zeitsteuerung für einen von der jeweiligen Zündkerze (20) erzeugten Zündfunkens durchführt, und daß es außerdem so eingerichtet ist, daß es den Zündzeitpunkt im Hinblick auf jeden Zylinder (18), der mit einem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft- Verhältnis arbeitet, immer dann zeitlich nach hinten verstellt, wenn ein beliebi­ ger anderer Zylinder (18) mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch arbeitet, das nicht dem annähernd stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch entspricht.

14. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (14) außerdem so eingerichtet ist, daß es beim Übergang von der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart eine im wesentlichen konstante Drehmomentabgabe jedes Zylinders (18) aufrechterhält.

15. System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (14) außerdem so eingerichtet ist, daß es ermittelt, wann für das dem jeweiligen Zylinder (18) zugeführte Kraftstoff-Luft-Gemisch für einen zweiten vorbestimmten Zeitraum das zweite Kraftstoff-Luft-Verhältnis aufrecht­ erhalten wurde, und daß es das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des zumindest einem Zylinder (18) zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs in ein drittes Kraftstoff-Luft- Verhältnis ändert, das relativ zum stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis fett ist.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (14) außerdem so eingerichtet ist, daß es das dritte Kraftstoff-Luft-Verhältnis zumin­ dest in einem Zylinder (18) für einen dritten vorbestimmten Zeitraum aufrecht­ erhält.