SE519908C2 - Förfarande och anordning för styrning av förbränningsmotor - Google Patents

Description

20 25 30 35 519 908 2 olika länder, med krav på extremt låga utsläpp av NO;w C0- och HC-föreningar.

Vidare finns det i samband med fordon ett generellt krav att i så hög grad som möjligt reducera motorns bränsleför- brukning. För detta ändamål har det på senare år tagits fram motorer med nya typer av förbränningsrum hos motorns cylindrar, i synnerhet för att kunna driva motorn med allt magrare bränsleblandningar, d.v.s. där Å>1. Sådana motorer benämns vanligen “lean-burn"-motorer. I en så kallad DI- motor (d.v.s. en direktinsprutad Otto-motor) är respektive förbränningsrunx hos motorn anordnat på så vis att det tillförda bränslet kan koncentreras i hög grad vid respek- tive tändstift. Sådana motorer kan vid kontinuerlig körning drivas med en mycket mager luft-/bränsleblandning, av storleksordningen A=4. Av detta skäl fås en avsevärd besparing i bränsleförbrukningen vid denna typ av motor.

Eftersom en DI-motor normalt drivs med mycket mager luft/bränsleblandning kommer en på motsvarande vis mager avgasblandning att strömma genonntrevägskatalysatorn. Detta medför att trevägskatalysatorn inte förmår reducera NO¿- föreningarna i avgaserna (på grund av att den är konstrue- rad för en optimal reningsförmåga vid stökiometrisk blandning). Av denna anledning kan en ordinarie trevägs- katalysator kombineras med en kväveoxidadsorbent (kallas även NO;adsorbent, eller "NQ;fälla“), vilket är en i sig känd anordning för upptagning av Nøfföreningar, t.ex. i avgaserna från en förbränningsmotor. NO,-adsorbenten kan på så vis installeras och utnyttjas som ett komplement till en konventionell trevägskatalysator.

En Nøfadsorbent kan arrangeras antingen som en separat enhet uppströms en ordinarie trevägskatalysator, eller kan alternativt arrangeras integrerat med trevägskatalysatorn, d.v.s. tillsammans med trevägskatalysatorns katalytiska å 10 15 20 25 30 35 519 908 J.. I» 3 material. NO¿-adsorbenten är så beskaffad att den tar upp (adsorberar) NO¿-föreningar i avgaserna om motorn drivs med en mager luft/bränsleblandning och avger (desorberar) NO;- föreningarna om.motorn under en viss tidsperiod körs med en fet luft/bränsleblandning. Vidare har NO;adsorbenten egenskapen att den endast kan adsorbera NO,-föreningar upp till en viss gräns, d.v.s. den "fylls" så småningom och når på så vis en gräns för adsorptionen. I detta läge måste NO,-adsorbenten regenereras, d.v.s. den måste fås att desorbera och således släppa ut de upplagrade NO;före- ningarna. Om då en konventionellt trevägskatalysator finns anordnad nedströms NO¿-adsorbenten kan de desorberade NO¿- föreningarna elimineras av trevägskatalysatorn, förutsatt att den senare har uppnått sin tändtemperatur.

I enlighet med känd teknik kan regenereringen av NO¿- adsorbenten göras genom att avgasblandningen genom NO;- adsorbenten under en viss tidsperiod görs relativt fet, vilket i sin tur kan uppnås genom att motorn drivs med en relativt fet luft/bränsleblandning under en kort period, t.ex. några få sekunder. På så vis "töms" Nqfadsorbenten så att den därefter kan adsorbera N0;föreningar under en viss tid som löper fram till att en ny regenerering blir nödvändig.

Enligt känd. teknik kan regenereringen uppnås genou1 en styrning av luftkoncentrationen i avgasblandningen genom NO,-adsorbenten. Ett systenl för sådan styrning 'visas i patentskriften US 5461857 och innefattar en motor med ett avgasreningssystentsonli sin tur innefattar en trevägskata- lysator, en oxidationskatalysator och en. NO¿-adsorbent.

Enligt detta kända system förbränns en luftlbränslebland- ning i motorns förbränningsrum, varvid avgaserna från motorn matas genom trevägskatalysatorn på känt vis. Vidare innefattar systemet en luftpump för tillförsel av sekundär- luft till avgasröret, vid en position mellan trevägskataly- 10 15 20 25 30 35 519 908 4 satorn och NO;adsorbenten. Genom tillförsel av sekundär- luft kan avgasblandningen genom Nqfadsorbenten göras mager. På så vis sker reduktionen av NO,-föreningar i avgaserna i två steg, d.v.s. såväl i trevägskatalysatorn som i NO,-adsorbenten. I systemet enligt det kända dokumen- tet kan NO;adsorbenten regereneras genom att tillförseln av sekundärluft avbryts. Detta skapar en puls med relativt fet avgasblandning till bük-adsorbenten, varigenom denna regenereras.

Fastän. detta kända systen1 i princip har en tillfreds- ställande funktion är det dock behäftat med vissa nack- delar. Främst kan noteras att systemet innefattar ett antal olika konstruktionsdetaljer för nämnda tillförsel av sekundärluft (d.v.s. en sekundärluftpump, luftledningar, ventiler samt anslutningar för luftledningarna till avgassystemet). Dessa komponenter måste monteras i anslut- ning till motorn, vilket gör systemet onödigt dyrbart, både vad beträffar kostnaden för komponenterna och för dess montering i det aktuella fordonet. En annan nackdel hänför sig till det faktum att fordonets förare normalt uppfattar det som en komfortmässig nackdel om NO,-adsorbenten regene- reras alltför ofta, eftersonlalstrandet av feta avgaspulser kan uppfattas som "ryckigt" och därigenom störande för föraren under körning.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN: Ändamålet med föreliggande uppfinning är att tillhandahålla ett förbättrat förfarande för rening av skadliga utsläpp från en förbränningsmotor. I synnerhet är ändamålet med uppfinningen att tillhandahålla ett förfarande för en förbättrad regenering av en NO,-adsorbent i anslutning till en förbränningsmotor. Detta ändamål uppnås nædelst ett förfarande, vars kännetecknande särdrag framgår av efter- följande patentkrav 1. Nämnda ändamål uppnås också medelst 10 15 20 25 30 h) lfl 519 908 .., .. 5 en anordning, vars kännetecknande särdrag framgår av efterföljande patentkrav 15.

Uppfinningen är avsedd för styrning av en förbränningsmotor med medel för generering av en luft/bränsleblandning till motorns respektive cylindrar, ett avgassystem anslutet till motorn, en avgaskatalysator samt enlflk-adsorbent anordnade i avgassystemet. Uppfinningen innefattar styrning av nämnda medel i ett första driftssätt för generering av en relativt mager avgasblandning till nämnda Nqfadsorbent för adsorp- tion av NO¿-föreningar i nämnda avgasblandning, samt styrning av nämnda medel i ett andra driftsätt för genere- ring av en relativt fet avgasblandning till nämnda NO;- adsorbent för desorption av NO,-föreningar i nämnda avgas- blandning. Uppfinningen kännetecknas av att den innefattar detektering av huruvida det i fordonet föreligger åt- minstone ett tillstånd som svarar mot en initiering av en växling från nämnda första driftssätt till nämnda andra driftssätt, varvid en omställning sker av nämnda luft!- bränsleblandning till motorn, varvid nämnda generering av en fet avgasblandning initieras för desorption av NO,- föreningar i Iflk-adsorbenten i beroende av nämnda till- stånd.

Genom uppfinningen uppnås ett flertal fördelar. Främst kan noteras att uppfinningen medger en sänkt bränsleförbrukning hos den aktuella motorn, efterson1NO,-adsorbenten regenere- rasi.optimala punkter vad.beträffar bränsle-förbrukningen.

Närmare bestämt görs regenereringen vid sådana tillfällen där en nwmentökning hos motorn ändå sker. Enligt upp- 'finningen behöver' då inte några ytterligare, separata tillfällen (som i sig skulle medföra en förhöjd bränsle- förbrukning) utnyttjas för att regenerera NQ;adsorbenten.

Vidare ges med uppfinningen lägre emissioner än vid tidigare kända system. Dessutom ges en högre grad av komfort för åkande i fordonet, eftersom dessa i lägre grad 10 15 20 25 30 35 _ E . . . , 519 90:: 6 än vid kända system känner av stötar och liknande stör- ningar under körning.

Enligt en föredragen utföringsform innefattar uppfinningen en detektering av mängden NO;föreningar i avgaserna från motorn. Detta medför att uppfinningen tillåter en kontroll av eventuell svavelförgiftning i NO;adsorbenten, vilket i sin tur möjliggör en förlängd livslängd hos N0¿-adsorben- ten. Dessutom möjliggörs körning med olika bränslekvali- teter för nmtorn, t.ex. bränsle som innehåller en viss mängd svavel, eftersom uppfinningen ger en kontroll av eventuell svavelförgiftning. På så vis medger uppfinningen att motorsystemet blir flexibelt vad beträffar olika bränslekvaliteter (t.ex. med olika NOx-nivåer).

Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen framgår av de efterföljande beroende patentkraven.

FIGURBESKRIVNING: Uppfinningen skall i det följande närmare förklaras med hänvisning till ett föredraget utföringsexempel och de bifogade ritningarna, i vilka: figur 1 är ett principellt schema av ett arrangemang med en förbränningsmotor, vid vilken den före-lig- gande uppfinningen kan utnyttjas, och figur 2 är ett något förenklat flödesschema som beskri- ver uppfinningens funktion.

FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFOMIIER: I figur 1 visas i schematisk form ett arrangemang enligt den föreliggande uppfinningen. Enligt en föredragen utföringsform är uppfinningen anordnad i anslutning till en förbränningsmotor 1 som kan vara en konventionell bensin- eller dieselmotor, men som företrädesvis utgörs av en s.k. ,., .- 10 15 20 25 30 35 .. .V1 m ff»- 519 90 7 DI-motor, d.v.s. en motor av typen direktinsprutad Otto- motor, där insprutningen av bränsle till motorn 1 är inrättad för "stratifierad“ drift, d.v.s. där det tillförda bränslet kan koncentreras i motorns respektive förbrän- ningsrum så att motorn i vissa förutbestämda driftsfall kan drivas med en mycket mager luft/bränsleblandning, av storleksordningen Å=4. Med en sådan motor fås betydande bränslebesparingar jämfört med motorer som drivs med stökiometrisk blandning, d.v.s. där Å=1. En sådan motor är också inrättad för "homogen" drift, d.v.s. med en stökio- metrisk eller relativt fet blandning.

Motorn 1 förses på sedvanligt vis med inströmmande luft via ett luftinlopp 2. Vidare är motorn 1 försedd med ett antal cylindrar 3 samt ett motsvarande antal insprutnings- anordningar 4 för bränsle. Respektive insprutningsanordning 4 är ansluten till en central styrenhet 5 via en elekrisk förbindelse 6. Styrenheten 5 är företrädesvis datorbaserad och är inrättad att på känt sätt styra bränsletillförseln till respektive insprutningsanordning 4 med bränsle från en (ej visad) bränsletank så att en i varje ögonblick avpassad luft/bränsleblandning matas till motorn 1. Motorn 1 enligt utföringsformen är utformad enligt typen "multi-point"- insprutning, där den korrekta mängden bränsle till motorn 1 på känt sätt kan tillföras individuellt till respektive insprutningsanordning 4.

Under drift av motorn 1 är styrenheten 5 inrättad att styra luft/bränsleblandningen till motorn 1 så att i varje aktuellt driftsförhållande.

Styrningen av nwtorn 1 sker på i huvudsak känt sätt i ögonblick anpassas till beroende av olika parametrar som återspeglar motorns 1 och det aktuella fordonets driftstillstånd. Exempelvis kan motorstyrningen ske i beroende av aktuellt gaspådrag, motorns varvtal, mängden insprutad luft till motorn och syrekoncentrationen i avgaserna. 10 15 20 25 30 35 , , . . » - 519 9Û8 f' 8 Motorn 1 som visas i figuren är av femcylindrigt slag. Det skall dock noteras att uppfinningen kan utnyttjas vid motorer med olika cylinderantal och cylinderkonfigura- tioner. Företrädesvis utgörs insprutningsanordningarna 4 av den typ vid vilka bränslet sprutas in direkt i respektive cylinder 3, men uppfinningen kan också utnyttas vid s.k. "portinsprutade" motorer. Dessutom kan uppfinningen i princip också utnyttjas vid s.k. "single-point"-insprut- ning, där en enda bränsleinsprutningsanordning finns placerad i inloppet till motorn.

Avgaserna från motorn 1 leds ut från cylindrarna 3 via ett grenrör 7 och vidare till ett avgasrör 8 som är anslutet till grenröret 7. Längre nedströms längs avgasröret 8 finns företrädesvis en avgaskatalysator 9 anordnad, vilken i sin tur är uppbyggd av en konventionell trevägskatalysator 10 samt en NO;adsorbent 11. Nqfadsorbenten 11 är av i sig känt slag och är således inrättad att adsorbera NO;före- ningar som strömmar ut från nmtorn 1 via avgasröret 8.

Företrädesvis är NO;sdsorbenten 11 anordnad inuti samma hölje som trevägskatalysatorn 10, antingen som ett separat block eller helt integrerat utformad med trevägs-katalysa- torn 10 (d.v.s. som en enhet som är utformad tillsammans med trevägskatalysatorns 10 katalytiska.material). Oberoen- de av vilken utformning som väljs indikeras NO,-adsorbenten 11 i figuren schematiskt som en separat enhet med streckade linjer. Avgaserna från nwtorn 1 strömmar således genom avgasröret 8, genom katalysator-paketet 9 och därefter vidare ut i atmosfären.

Enligt vad som nämnts ovan kan motorn 1 utgöras av en DI- motor, varvid luft/bränsleblandningen till respektive cylinder 3 under normal körning kan vara c:a Ä=4. Under drift med en så mager blandning kommer de N0;föreningar som ingår i avgaserna från motorn 1 inte att reduceras av 10 15 20 25 30 35 519 9 trevägskatalysatorn 10 utan kommer istället att adsorberas av NO¿-adsorbenten 11.

Enligt utföringsformen är motorn 1 försedd med en elekt- riskt uppvärmbar startkatalysator 12, som i sin tur är ansluten till en (ej visad) strömkälla och inrättad att aktiveras under kallstarter av motorn 1. Syftet med startkatalysatorn 11 är att förkorta trevägskatalysatorns 10 tändtid, d.v.s. den tid som förflyter tills katalysatorn 10 värmts upp till en temperatur vid vilken den förmår reducera en förutbestämd andel av de skadliga ämnena i avgaserna. Genom att på elektrisk väg värma upp startkata- lysatorn 12 kan uppvärmningstiden för trevägskatalysatorn 10 förkortas. Detta ger en förbättrad avgasrening, i synnerhet vid kallstarter med motorn 1.

Vidare innefattar systemet en sensor 13 för detektering av syrekoncentrationen i avgaserna. Sensorn 13 är företrädes- vis av typen linjär lambdasond och är ansluten till styrenheten 5 via en elektrisk anslutning 14. Sensorn 13 är företrädesvis placerad i avgasröret 8, uppströms start- katalysatorn 12, men även andra placeringar är tänkbara, t.ex. mellan startkatalysatorn 12 och Nqfadsorbenten 11.

En luftflödesmätare 15 finns anordnad i luftinloppet 2.

Luftflödesmätaren 15, som i sig är förut känd, är ansluten till styrenheten 5 via en ytterligare anslutning 16 och avger en mätsignal som utgör ett mått på mängden luft som strömmar in till motorn 1. Vidare innefattar systemet en gastrottel 17 som företrädesvis är elektriskt styrbar. För detta ändamål är gastrotteln 17 anordnad med en styrbar ställmotor 18 med vars hjälp gastrotteln kan ställas i en viss önskad position så att en lämplig mängd luft matas in till motorn 1 i beroende av aktuellt drifsfall. Således är ställmotorn 18 ansluten till styrenheten 5 via en ytterli- gare anslutning 19. För styrningen av gastrotteln 17 10 15 20 25 30 35 H -wu 519 908 h, := 10 innefattar systemet också en lägesgivare 20 för fordonets gaspedal 21. Lägesgivaren 21 känner av gaspedalens 21 inställning och levererar en signal avseende dess position (d.v.s. en signal vars värde svarar mot aktuellt gaspådrag) till styrenheten 5 via en ytterligare anslutning 22.

Vidare är styrenheten 5 ansluten till ett flertal ytterli- gare givare, vilka anges schematiskt i figur 1. Före- trädesvis utgörs dessa givare av en lägesgivare 23 för läget hos fordonets bromspedal 24, en varvtalsgivare 25 för detektering av motorns 1 varvtal samt en tryckgivare 26 för detektering av trycket i en (ej visad) bromsbooster i fordonet. De nämnda givarna 23, 25 och 26 är anslutna till styrenheten 5 via motsvarande elektriska anslutningar 27- 29.

Företrädesvis innefattar systemet också en NO;sensor 30, d.v.s. en givare för detektering av koncentrationen av N0;- föreningar i avgaserna. NOX-sensorn 30 är ansluten till styrenheten 5 via en ytterligare elektrisk anslutning 31.

N0;sensorn 30 kan placeras på olika positioner i avgas- systemet, t.ex. mellan startkatalysatorn 12 och Nqfadsor- benten 11, eller som i figuren nedströms trevägs-katalysa- torn 10. Dessutom finns företrädesvis en tempera-turgivare 32 anordnad i anslutning till startkatalysatorn 12.

Temperaturgivaren 32 är ansluten till styrenheten 5 via en ytterligare elektrisk anslutning 33 och levererar en signal som svarar mot startkatalysatorns 12 temperatur. Signalen från temperaturgivaren 32 kan också utnyttjas för be- stämning av ett mått på NO¿-adsorbentens ll temperatur. Som ett alternativ till temperaturgivaren 32, eller som ett komplement till denna, kan ett mått på NO,-adsorbentens 11 temperatur dessutom bestämmas genom att utnyttja en på förhand bestämd matematisk modell som är lagrad i styren- heten 5. Exempelvis kan en sådan modell utnyttja på förhand 10 15 20 25 30 35 519 908 11 kända samband.mellan temperaturerna i startkata-lysatorn 32 och NO¿-adsorbenten 11.

Vidare är systemet enligt utföringsformen försett med en i sig känd avgaskanister 34 för upptagning av bränsleångor från fordonets bränsletank. På känt sätt leds dessa bränsleångor genom en bränsleledning 35 och genom kanistern 34, som innehåller aktivt kol. Kanistern 34 måste med jämna mellanrum genomgå en regenerering (s.k. "purging“), vilket görs genom att öppna en särskild purge-ventil 36 som är placerad längs en ledning 37 mellan kanistern 34 och motorns 1 luftinlopp 2. Purge-ventilen 36 är elektriskt styrbar och är för detta ändamål ansluten till styrenheten 5 via en elektrisk anslutning 38. Styrenheten 5 är inrättad att öppna purge-ventilen 36 i enlighet med förutbestämda tidpunkter och körfall. Under purge-funktionen kommer ett befintligt undertryck vid motorns 1 inloppsida att medföra att luft som tillförs via en luftledning 39 genomspolar kanistern 34 och tömmer denna. På så vis kommer de bränsle- ångor som uppsamlats i kanistern 34 att ledas tillbaks till motorns luftinlopp 2 för att på så vis förbrännas i motorn.

Eftersom ett tillskott av bränsle sker som följd av purge- funktionen måste styrenheten justera den bränslemängd som tillförs via respektive insprutnings-anordning 4 till detta faktum.

Vidare är systemet företrädesvis försett med en antispinn- funktion, d.v.s. styrenheten 5 är inrättad att detektera tendenser till hjulspinn hos fordonet, vilket kan uppstå t.ex. vid acceleration eller hård kurvtagning. För detta ändamål innefattar systemet företrädesvis fyra sensorer 40 för avkänning av hastigheten hos respektive hjul. På ett sätt som i sig är förut känt kan styrenheten. 5 (med utgångspunkt från respektive hjuls hastighet och från andra driftsparametrerar i fordonet) styra motorn 1 så att hjulspinnet upphävs. Ett flertal olika metoder för att 10 15 20 25 30 35 519 908 i 12 uppnås detta finns kända. Exempelvis kan motorn styras så att bränsletillförseln till respektive cylinder helt eller delvis stryps då hjulspinn detekteras. Detta medför att nmtorns utgående effekt minskas, vilket häver tendenser till hjulspinn.

Uppfinningens funktion kommer nu att beskrivas i detalj. I det fallet att motorn 1 utgörs av en DI-motor kan den vid normal, kontinuerlig drift köras med en mycket mager luft- /bränsleblandning, närmare bestämt en blandning vars lambdavärde är av storleksordningen Å=4. Detta medför att avgasblandningen som strömmar genom avgasröret 8 och når NO,-adsorbenten 11 också kommer att vara. mager. Enligt kända principer kommer då NO¿-adsorbenten att adsorbera de NO,-föreningar som förekommer i avgasblandningen. Efter en viss tids körning med mager avgasblandning, normalt cza 1-2 minuter, kommer NO¿-adsorbenten ll att vara "full", d.v.s. dess katalytiska material kommer att vara mättat. Detta innebär att NO,-adsorbenten 11 inte längre kan ta upp N0f- föreningar ur avgasblandningen. I detta skede måste N0;- adsorbenten 11 regenereras.

En grundprincip bakonluppfinningen är att nämnda regenering initieras då åtminstone något av vissa förutbestämda driftstillstånd föreligger. Ett exempel på ett sådant tillstånd som kan utnyttjas enligt uppfinningen är ett tillstånd som svarar mot en avsiktlig momentförändring hos motorn 1. Exempelvis kan ett sådant tillstånd genereras av förarens beteende (t.ex. genom att föraren applicerar ett visst gaspådrag). När föraren exempelvis önskar göra en omkörning och således ökar gaspådraget kommer fordonet att accelerera. På ett sätt som i sig är känt är styrenheten 5 inrättad att vid acceleration med fordonet leverera en relativt fet luft/bränsleblandning till motorn 1. Exem- pelvis kan motorn 1 vara konstruerad så att den levererar sitt maximala vridmoment vid en luft/bränsle-blandning som 10 15 20 25 30 35 519 908 *fïšïÉš-ëåïÉfífiïílåíí§ 13 motsvarar Å=0,9. En acceleration medför att föraren kommer att förvänta sig en momentökning från motorn. Detta tillstånd kan utnyttjas för att samtidigt regenerera N0;- adsorbenten helt eller delvis. För detta ändamål är styrenheten inrättad att när detta tillstånd detekteras bibehålla en relativt fet avgasblandning tillIK¿-adsorben- ten under en viss tid, vilket sammantaget ger den önskad regenereringen av Nqfadsorbenten. Komfort-mässigt uppnås då en fördel eftersom föraren då inte kommer att uppleva det som någon nackdel om samtidigt (som accelerationen äger rum) en fet puls genereras för regenerering av Nqfadsor- benten. Dessutom ges fördelar vad beträffar fordonets bränsleförbrukning,eftersomhæfintliganwmentändringarhos motorn l utnyttjas för regenereringen.

Figur 2 är ett något förenklat flödesschema som beskriver uppfinningens funktion. Uppfinningen är särskilt lämplig att utnyttjas i de fall där motorn 1 utgörs av en DI-motor som är inrättad så att den vid vissa driftsfall, t.ex. vid kontinuerlig körning vid nædelhöga laster, drivs med en relativt mager avgasblandning (ruta 41). Under sådan drift sker en kontroll huruvida något av vissa förutbestämda driftstillstånd föreligger. Denna kontroll syftar till att medge en regenerering av NO,-adsorbenten om åtminstone ett sådant driftstillstånd föreligger. Således är styrenheten 5 inrättad att detektera huvudida ett tillstånd som svarar mot en avsiktlig momentförändring i form av en "förar- aktiverad regenerering" föreligger (ruta 42), och i så fall generera en fet puls. Med detta menas att styrenheten 5 är inrättad att detektera gaspedalens 21 vinkelläge, vilket sker med hjälp av lägesgivaren 20. Om gaspådraget över- stiger ett förutbestämt gränsvärde, d.v.s. om öppnings- takten hos gastrotteln 17 överstiger ett visst gränsvärde, kommer styrenheten 5 att anta att "föraraktiverad regenere- ring" föreligger. I så fall kommer styrenheten 5 att sammansättning på luft/- bestämma en lämplig 10 15 20 25 30 35 519 908 ïffTiå§;f§§””I 14 bränsleblandningen som måste matas till motorn för att NOf- adsorbenten skall kunna regenereras. Normalt väljes då en relativt fet blandning, t.ex. med ett Ä-värde som är av storleksordningen 0,7-0,8. Denna blandning måste föreligga under en viss tidsperiod tl som är nödvändig för att NOf- adsorbenten skall bli fullständigt regenererad. Värdet på tidsperioden tlsom svarar mot aktuellt tillstånd kan vara baserat på erfarenhetsmässiga uppmätningar och bestäms av styrenheten 5. Enligt vad som kommer att förklaras i detalj nedan kan denna tidsperiod tlväljas till ett värde som kan variera från någon tiondels sekund till några sekunder.

Efter att styrenheten har beräknat lämpliga värden på Ä- förhållandet för en regenerering och tidsperioden tlunder vilken regenereringen skall fortlöpa (ruta 43), kommer styrenheten att initiera regenereringen genom att styra luft- och bränsletillförselxx till motorn 1 så att den beräknade feta avgasblandningen erhålles (ruta 44) under den beräknade tidsperiodend Härvid styrs bränsletillförseln till insprutningsanordningarna 4 (jfr. figur 1) så att den önskade blandningen erhålles i beroende även av t.ex. mängden tillförd luft till motorn. Denna "feta puls" kommer att genereras samtidigt som föraren accelererar. Föraren kommer då inte att märka någon komfortmässig skillnad om samtidigt regenereringen av NO;adsorbenten äger rum.

Värdet på den tidsperiod tl som krävs för att N0,-adsorben- ten ll skall bli fullständigt regenererad beror på drifts- parametrar såsom motorns 1 varvtal och last samt på N0f- adsorbentens 11 aktuella fyllnadsgrad. Med utgångspunkt från kända parametrar som anger NO,-adsorbentens 11 storlek och hastigheten med vilken den fylls under mager drift kan styrenheten inrättas att kontinuerligt bestämma ett värde på dess fyllnadsgrad. På så vis kan regenereringen be- gränsas till endast den tid som krävs för att den skall bli huvudsakligen tömd på IML-föreningar. Om exempelvis NOf- 10 15 20 25 30 35 adsorbenten ll vid ett visst ögonblick när den föraraktive- rade regenereringen detekteras är till hälften fylld med NO,-föreningar och således uppvisar en fyllnadsgrad på 50% kan tidsperioden tlväljas till ett relativt lågt värde. Om däremot NO,-adsorbenten uppvisar en fyllnadsgrad som i princip är 100% krävs ett relativt högt värde på tids- perioden tlför att N0;adsorbenten skall bli fullständigt regenererad.

Den ovan beskrivna "föraraktiverade regenereringen" är ett exempel på hur' NO,-adsorbenten 11 kan regenereras till följd av en avsiktlig momentförändring hos motorn 1. Andra exempel på avsiktliga momentförändringar som kan utnyttjas för regenereringen är aktivering av en eventuell konstant- farthållare i fordonet, in- och urkoppling av ett luft- konditioneringssystem samt in- och urkoppling av ett system för stabilitetsreglering av fordonet. Alla dessa åtgärder medför momentförändringar vid vilka en regenerering av NO;- adsorbenten 11 kan utföras.

Som ett alternativ till det ovan angivna funktionssättet kan uppfinningen även inrättas så att en partiell regenere- ring av Nqfadsorbenten görs, d.v.s. en regenerering som inte nödvändigtvis behöver fortgå tills NO¿-adsorbenten är fullständigt tömd på Nüfföreningar. Detta kan vara ak- tuellt exempelvis om ett visst driftsfall skulle kräva att en relativt fet luft/bränsleblandning endast kan levereras till motorn under en viss begränsad tid. I så fall kommer NO;adsorbenten att tömmas delvis på N0;föreningar.

Styrenheten är dock inrättad att kontiuerligt lagra ett värde på fyllnadsgraden, vilket då ligger till grund för den nästföljande regenereringen av Nqfadsorbenten.

Ett ytterligare tillstånd som kan detekteras för regenere- ringen av NO,-adsorbenten är huruvida den ovannämnda purge- funktionen är aktiverad, d.v.s. i beroende av om purge- 10 15 20 25 30 35 519 908 16 ventilen 36 (se figur 1) är aktiverad (ruta 45). Om styrenheten konstaterar att purge-ventilen är aktiv kan enligt uppfinningen även NO{-adsorbenten regenereras.

Förloppet går då vidare till beräkning av ett lämpligt Å- värde och en tidsperiod tl under vilken en fet avgaspuls genom NO,-adsorbenten skall föreligga (ruta 43). På så vis uppnås enligt uppfinningen att en regenering av NO;adsor- benten äger rum huvudsakligen samtidigt som purge-ventilen aktiveras.

Ett ytterligare tillstånd som kan detekteras och utnyttjas vid regenerering av NO,-adsorbenten är huruvida ett visst förutbestämt tryck föreligger i fordonets bromsbooster (ruta 46). Dagens fordon utnyttjar normalt en bromsbooster som innefattar en vakuumkammare med en anslutning till motorns inlopp, varvid ett negativt tryck kan genereras i vakuumkammaren under drift av motorn. Detta tryck utnyttjas för att säkerställa önskad bromskraft i bromssystemet. I enlighet med uppfinningen utnyttjas därför den ovannämnda tryckgivaren 26 (jfr. figur 1) för mätning av detta tryck.

Om trycket avviker från ett förutbestämt gränsvärde styrs motorn så att luft/bränslemängden ändras så att det önskade trycket i motorns inlopp kan säkerställas. Om denna situation detekteras av styrenheten (ruta 46) kommer enligt utföringsformen också en regenerering initieras, varvid styrenheten beräknar ett lämpligt Å-värde och en tidsperiod under vilken en fet avgaspuls genom Nqfadsorbenten skall föreligga (ruta 43). På så vis ger uppfinningen dessutom en automatisk kontrollfunktion eftersonlden garanterar att ett förutbestämt tryck föreligger i bromsboostern.

Regenereringen av NOx-adsorbenten kan också styras i beroende av läget på fordonets bromspedal 24, med hjälp av den till bromspedalen 24 hörande lägesgivaren 23. Om exempelvis föraren bromsar kan detta tillstånd utnyttjas för att initiera nämnda regenering. 10 15 20 25 30 35 Û n» m. . | »v <1 , ~ » . _, .. h... . __ e |« w - . <, . . r > í . .

O . .a _ . . = _ = ; , - . , =. a., . n» ; . = w » - <1 - v .v v v » 1 > .. ., _ __ ...u =. 17 Som ett alternativ till en detektering av läget hos bromspedalen 24 kan systemet också utnyttja en signal från en (ej visad) tryckgivare som känner av bromstrycket i fordonets bromskrets.

Ett ytterligare tillstånd som kan utnyttjas för regenere- ring av NO;adsorbenten är huruvida styrenheten aktiverar den ovannämnda spinnregleringsfunktionen (ruta 47). Om en tendens till spinn detekteras med hjälp av hjulhastighets- givarna 40 (se figur 1) kommer motorn att styras så att en minskad motoreffekt erhålles, varigenom hjulspinnet kan hävas. Denna situation kan också utnyttjas för att också åstadkomma en regenerering, varvid styrenheten beräknar ett lämpligt Ä-värde och en tidsperiod tl under vilken en fet avgaspuls genom1mL-adsorbenten skall föreligga för att den önskade regeneringen skall ske (ruta 43). Därefter genere- ras den feta pulsen (ruta 44).

De ovannämnda driftstillstånden hos motorn och fordonet kan sägas vara av typen "befintliga" driftstillstånd som kan uppstå i fordonet under dess normala drift och som medför att den luft/bränsleblandningen sonxmatas till motorn måste ställas om. En grundtanke bakom uppfinningen är att dessa befintliga driftstillstånd kan utnyttjas för att samtidigt initiera en regenerering av NO,-adsorbenten.

Om inte något av de föregående driftstillstånden föreligger måste NO¿-adsorbenten ändå regenereras när den är fylld. Om exempelvis det aktuella fordonet körs under en längre tidsperiod utan att någon acceleration sker (d.v.s. utan att någon "föraraktiverad regenering" äger rum) måste NO¿- adsorbenten ändå regenereras tvångsmässigt när den har fyllts. Detta svarar mot en regenering efter att en viss maximal tid har förflutit från den senaste regenereringen.

Om således tiden t, som förflutit från den senaste regene- reringen överstiger ett visst gränsvärde (vilket kan 10 15 20 25 30 35 519 908 18 konstateras av styrenheten) måste en regenerering tvångs- mässigt utföras (ruta 48). Förloppet går då vidare till bestämning ett lämpligt Å-värde och en tidsperiod tlunder vilken en fet avgaspuls genom NO;adsorbenten skall före- ligga (ruta 43), varefter regenereringen aktiveras (ruta 44).

Vad beträffar beräkningen av ett Å-värde och en tidsperiod tlunder vilken en fet avgaspuls skall föreligga gäller att dessa två parametrar kan variera i beroende av aktuellt driftsfall. Exempelvis gäller att en fet puls med ett relativt högt Ä-värde (t.ex. 0,9) kan utnyttjas om föraren applicerar ett visst kraftigt gaspådrag. Andra Å-värden kan utnyttjas vid andra driftssituationer, samt även i beroende av t.ex. vilken insignal som utnyttjas eller beroende på t.ex. aktuell katalysator. Vidare gäller för samtliga de ovannämnda driftstillstånden att värden på Å-förhållandet och tidsperioden t, kan bestämmas i beroende av aktuell fyllnadsgrad hos Nqfadsorbenten 11, d.v.s. i beroende av hur omfattande regenerering son! krävs för' ögonblicket.

Vidare kan exempelvis relativt höga. Å-värden kräva en längre tidsperiod t,än lägre Å-värden. Tidsperioden t,kan i de flesta fall väljas till ett värde som ungefärligen ligger i intervallet 0,5-5 sekunder.

Temperaturen hos startkatalysatorn kan också utnyttjas för bestämning av Ä-värdet och tidsperioden tv För detta ändamål kan styrenheten vara försedd med en tabell som ger en korrigering av Ä-värdet och/eller tidsperioden tl i beroende av det temperaturvärde som mäts upp med hjälp av temperaturgivaren 32 (jfr. figur 1), eventuellt i kombina- tion med enlnjukvarumässig uppskattning av NO,-adsorbentens 11 temperatur, enligt vad som beskrivits ovan.

Enligt en alternativ utföringsforni av uppfinningen kan regenereringen av NO,-adsorbenten även göras i beroende av 10 15 20 25 30 35 519 908 19 en viktning av ett flertal parametrar som syftar till att ange i vilken grad en regenerering är nödvändig. I så fall kompletteras funktionen enligt ruta 43 med en funktion som fungerar enligt följande. Först känner styrenheten av om ett eller flera av tillstånden enligt ruta 41, 42, 45 eller 46 föreligger. Om så är fallet görs en sammanvägning genom beräkning av en summa där varje konstaterat tillstånd ges ett viktat värde som läggs till denna summa. Om summan överstiger ett visst förutbestämt gränsvärde kommer styrenheten att anta att en regenerering av NOf-adsorbenten är nödvändig. Detta medför att den beräknar ett Å-värde och en tidsperiod t, under vilken en fet avgaspuls genom NO;- adsorbenten skall föreligga, varefter den feta pulsen genereras (ruta 44).

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen kan den ovannämnda N0;sensorn 30 (se figur 1) utnyttjas för en kontroll av lflk-adsorbentens funktion. Styrenheten kan detektera mängden NO¿-föreningar ut från motorn med hjälp av signalen från NO¿-senorn 30. Om denna mängd avviker från en viss förväntad mängd (som kan vara baserad på en på förhand bestämd.modell) kan detta vara en indikation på att t.ex. svavelförgiftning av NO¿-adsorbenten föreligger.

Detta kan innebära att adsorptionsförmågan hos bK¿-adsor- benten uteblir.

Som ett alternativ till regenerering av N0¿-adsorbenten kan uppfinningen innefatta en styrning av bränslet så att insprutningen av en viss bränslepuls sker sent under cylinderns arbetscykel, istället för att tillhandahålla en fet bränsleblandning. Om styrenheten inrättas så att denna sena insprutning sker under det att respektive cylinders avgasventil hålls öppen kommer ett överskott av HC att genereras i avgaserna. Detta ger huvudsakligen samma effekt för regenereringen som om en fet puls hade genererats. 10 15 20 25 30 35 519 908 20 Uppfinningen är inte begränsad till ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsexempel, utan kan varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven. Exempelvis kan uppfinningen :i princip utnyttjas utan någon elektriskt uppvärmbar startkatalysator 12. Alternativt kan start- katalysatorn 12 också ersättas av en startkatalysator som inte är elektriskt uppvärmbar med som ändå är utformad för att ge en förkortad. uppvärmningstid för> det kompletta katalysatorarrangemanget. Dessutom kan uppfinningen utnyttjas med såväl konventionell gastrottel som med en elstyrd gastrottel.

Vidare kan det gränsvärde som utnyttjas vid den förar- aktiverade regenereringen (jfr. figur 2, ruta 42) variera med tiden. Exempelvis kan detta gränsvärde sänkas suc- cessivt i takt med att den tidsperiod tzsom förflutit från den senaste regenereringen närmar sig gränsvärdet för tvångsmässig regenerering (jfr. ruta 48).

Dessutom kan uppfinningen inrättas så att regenerering av NO;adsorbenten 11 sker vid tidpunkter som väljs optimalt vad beträffar vissa förutbestämda parametrar, som t.ex. avgasflödet, avgastemperaturen, huruvida "purging" av kanistern 34 pågår etc. För detta ändamål kan styrenheten 5 innefatta lagrad information som för dessa parametrar anger exempelvis hur mycket bränsle som förbrukas vid en regenerering, i beroende av fordonets hastighet. Genom att välja att regenerera Nqfadsorbenten 11 vid optimala tidpunkter vad beträffar sådana driftsförhållanden kan bränsleförbrukningen för det aktuella fordonet optimeras.

Vidare kan uppfinningen utnyttjas i samband med motorer som är utrustade med turboaggregat. I en sådan motor kan regenereringen försvåras på grund av att de feta avgaspul- serna som utnyttjas för regenereringen av Nüf-adsorbenten leds genonxen till turboaggregatet tillhörande avgasturbin. 519 21 Detta kan innebära att magra och feta avgaspulser blandas på ett för regeneringen ogynnsamt sätt. Detta problem kan lösas enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen som är inrättad för styrning av en till turboaggregatet hörande waste-gate-ventil av elektriskt styrbar typ. När en relativt fet avgaspuls matas ut från motorn kan waste-gate- ventilen öppnas synkroniserat med avgaspulsen. På så vis leds avgaspulsen då genom waste-gate-ventilen, huvud- sakligen utan att föras genom nämnda avgasturbin.

Claims (16)

1. 0 15 20 25 30 35 519 908 107932 PA 2000-10-31 22 PATENTKRAV: l. Förfarande för styrning av förbränningsmotor (1) i ett fordon med medel (4, 5, 17) för luft/bränsleblandning till motorns (l) respektive cylindrar anslutet till motorn (1), en generering av en (3), ett avgassystem (7, 8) avgaskatalysator (10) samt en NO,-adsorbent (ll) anordnade i avgassystemet (7, 8), vilket förfarande innefattar: 17) i ett första relativt mager styrning av nämnda medel (4, 5, driftssätt för generering av en blandning till nämnda NOX-adsorbent (ll) för adsorption av avgas- NOX-föreningar i nämnda avgasblandning, samt styrning av nämnda medel (4, 5, 17) i ett andra driftsätt för generering av en relativt fet avgasblandning till nämnda NOX-adsorbent (ll) för desorption av NOK- föreningar i nämnda avgasblandning, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att det innefattar: detektering av huruvida det i fordonet uppstår tillstànd drivningen av fordonet som i sin tur motsvarar initiering åtminstone ett förutbestämt avseende fram- av en i. fordonet befintlig' funktion sonx medger drift i nämnda andra driftssätt, samt, i det fall att ett sådant tillstånd har detekterats, tillstånd huvudsakligen (ll), generering av en relativt fet avgasblandning initieras för en med nämnda samtidig regenerering' av nämnda N00-adsorbent varvid. nämnda desorption av NOX-föreningar i NOK-adsorbenten (ll).

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a XI , att nämnda tillstànd avseende framdrivningen hos fordonet utgörs av ett driftstillstånd hos nämnda motor (1). 10 15 20 25 30 35 519 908 23

3. Förfarande enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda tillstånd utgörs av en avsiktlig momentförändring hos nämnda motor (1).

4. Förfarande enligt patentkrav 2, innefattande detektering av gaspådraget hos motorn (l), k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda tillstånd utgörs av att gaspådraget överskrider ett förutbestämt gränsvärde.

5. Förfarande enligt patentkrav l, innefattande aktivering av en purge-ventil (36) för genomspolning av en i fordonet befintlig kanister (34), k ä n n e t e c k n a t d ä r a \r , att nämnda tillstånd utgörs av att nämnda purge-ventil (36) är aktiverad.

6. Förfarande enligt patentkrav 1, innefattande detektering av trycket i en i fordonet befintlig bromsbooster, k ä n - n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda tillstànd utgörs av att nämnda tryck överskrider ett förutbestämt gränsvärde.

7. Förfarande enligt patentkrav 1, innefattande detektering (24), att nämnda tillstànd av läget hos en i. fordonet befintlig bromspedalen k ä n n e t e c k n a t d ä 1: a v, utgörs av att nämnda läge överskrider ett förutbestämt gränsvärde.

8. Förfarande enligt patentkrav l, innefattande detektering av trycket hos en i fordonet befintlig bromskrets, k ä n - n e t e c k n a t d ä r a v, att nämnda tillstånd utgörs av att nämnda tryck överskrider ett förutbestämt gränsvärde.

9. Förfarande enligt patentkrav l, innefattande detektering av hjulspinn hos åtminstone ett av fordonets hjul, k ä n - n e t e c k n a t d, ä r* a v , att nämnda ytterligare 10 15 20 25 30 35 519 908 24 tillstånd utgörs av att hjulspinn föreligger hos fordonet.

10. Förfärande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda tillstånd är åtminstone två till antalet samt att nämnda förfarande innefattar en sammanvägning av åtminstone två olika ovannämnda tillstånd, tillstånd tilldelas ett viktat värde som läggs samman och varvid initieringen av varvid respektive förutbestämd nämnda feta avgasblandning sker om det sammanlagda värdet överstiger ett förutbestämt gränsvärde.

11. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a X7 , att en tvångsmässig genereringc avc en fet avgasblandning utförs efter att en viss tidsperiod (tg) förflutit från en tidigare generering av en fet avgasblandning om ej nämnda tillstånd har detekterats.

12. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, d ä r a v , att lambdavärdet (Ä) för luft/bränsleblandningen som matas till motorn (1) och k ä n n e t e c k n a t den tidsperiod (t1) under vilken nämnda feta puls genereras bestäms i beroende av aktuellt driftstillstånd hos motorn (1) och hos komponenter anordnade i anslutning till motorn (1).

13. Förfarande enligt patentkrav 12, k ä n n e t e c k - n a t d ä r a v , att nämnda lambdavärde (Ä) och nämnda tidsperiod (tl) bestäms i beroende av aktuell fyllnadsgrad hos NOK-adsorbenten (ll). föregående patentkrav,

14. Förfarande enligt något av k ä n n e t e c k n a t d ä r a v , att nämnda motor (1) är av typen DI-motor, direktinsprutad Otto-motor. 10 15 20 25 30 519 908§ë§§!?ïï 25

15. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, varvid nämnda avgassystem är utformat med ett turboaggregat med en styrbar waste-gate-ventil, k ä n n e t e c k n a t d ä r a ir , att nämnda waste-gate-ventil styrs till ett öppet tillstànd huvudsakligen samtidigt som nämnda genere- ring av en fet avgasblandning initieras.

16. Anordning för styrning av förbränningsmotor (1) i ett fordon innefattande medel (4, 5, 17) luft/bränsleblandning till motorns (l) respektive cylindrar för generering av en (3), ett avgassystem (7, 8) anslutet till motorn (l), en avgaskatalysator (10) samt en NOX-adsorbent (ll) anordnade i avgassystemet (7, 8), varvid nämnda medel (4, 5, 17) är inrättade att anta ett första driftssätt, för generering av en relativt mager avgasblandning till nämnda NO*-adsorbent (ll) för adsorption av'bKL-föreningar i nämnda avgasbland- ning, samt att anta ett andra driftssätt, för generering av en, relativt fet avgasblandning' till nämnda NO¿-adsorbent (ll) för desorption av NO,-föreningar i nämnda avgasbland- ning, k ä n n e t e c k n a d d ä r a v , att nämnda medel (4, 5, 17) innefattar en styrenhet (5) som är inrättad för detektering av huruvida det i fordonet uppstår åtminstone ett förutbestämt tillstånd sin tur motsvarar avseende framdrivningen hos fordonet som i initiering av en i fordonet befintlig funktion som medger drift i nämnda andra driftssätt, samt, i det fall att ett sådant tillstånd har detekterats, en med nämnda tillstànd huvudsakligen samtidig (ll), generering av en relativt fet avgasblandning initieras för regenerering av nämnda NOX-adsorbent varvid. nämnda desorption av NOX-föreningar i NOX-adsorbenten (ll).