DE102016219689A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zur Regelung einer Sauerstoff-Beladung eines Dreiwege-Katalysators - Google Patents

Verfahren und Steuereinrichtung zur Regelung einer Sauerstoff-Beladung eines Dreiwege-Katalysators Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Sauerstoffbeladung eines Dreiwege-Katalysators in einem Abgas führenden Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei ein Sauerstoffgehalt des Abgases vor dem Dreiwege-Katalysator mit einer ersten Sprung-Lambdasonde bestimmt wird, wobei Toleranz- und Alterungseffekte, die zu einer Verschiebung einer tatsächlichen Sondenkennlinie gegenüber einer Referenz-Sondenkennlinie führen, berücksichtigt und korrigiert werden und wobei die Sauerstoffbeladung des Dreiwege-Katalysators modelliert wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass aus dem korrigierten Ausgangssignal der ersten Sprung-Lambdasonde ein Sauerstoff-Eintrag in den Dreiwege-Katalysator und/oder ein Sauerstoff-Austrag aus dem Dreiwege-Katalysator bestimmt werden und dass daraus die Sauerstoff-Beladung des Dreiwege-Katalysators modelliert wird. Durch die Modellierung der Beladung des Dreiwege-Katalysators kann dessen Füllstand so geregelt werden, dass er aufgrund seiner Sauerstoff-Speicherfähigkeit auch bei dynamisch auftretenden Mager- oder Fett-Phasen im Bereich seiner optimalen Konvertierungsfähigkeit betrieben werden kann.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung einer Sauerstoff-Beladung eines Dreiwege-Katalysators in einem Abgas führenden Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei ein Sauerstoffgehalt des Abgases vor dem Dreiwege-Katalysator mit einer ersten Sprung-Lambdasonde bestimmt wird, wobei Toleranz- und Alterungseffekte, die zu einer Verschiebung einer tatsächlichen Sondenkennlinie gegenüber einer Referenz-Sondenkennlinie führen, berücksichtigt und korrigiert werden und wobei die Sauerstoff-Beladung des Dreiwege-Katalysators modelliert wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinrichtung zur Regelung einer Sauerstoffbeladung eines Dreiwege-Katalysators in einem Abgas führenden Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei zur Bestimmung eines Sauerstoffgehalts des Abgases vor dem Dreiwege-Katalysator eine erste Sprung-Lambdasonde vorgesehen ist, wobei ein Spannungsoffset in einem Ausgangssignal der ersten Sprung-Lambdasonde erkannt und korrigiert wird, wobei eine Verschiebung des Lambda = 1 – Punktes und eine temperaturbedingte Verschiebung der Sondenkennlinie korrigiert werden, wobei Querempfindlichkeiten der ersten Sprung-Lambdasonde gegenüber Abgaskomponenten berücksichtigt werden und wobei in der Steuereinrichtung ein Modell zur Modellierung einer Sauerstoffbeladung des Dreiwege-Katalysators vorgesehen ist.
  • Bei einer unvollständigen Verbrennung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Brennkraftmaschine werden neben Stickstoff (N2), Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) eine Vielzahl von Verbrennungsprodukten ausgestoßen, von denen Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxide (NOx) gesetzlich limitiert sind. Die geltenden Abgasgrenzwerte für Kraftfahrzeuge können nach heutigem Stand der Technik nur mit einer katalytischen Abgasnachbehandlung eingehalten werden. Durch die Verwendung eines Dreiwege-Katalysators in einem Abgaskanal der Brennkraftmaschine können die genannten Schadstoffkomponenten zu Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser konvertiert werden.
  • Eine gleichzeitig hohe Konvertierungsrate für HC, CO und NOx wird bei Dreiwege-Katalysatoren nur in einem engen Lambdabereich um den stöchiometrischen Betriebspunkt (Lambda = 1), dem sogenannten Katalysatorfenster, erreicht. Nur hier besteht ein Gleichgewicht zwischen dem Sauerstoffbedarf für die Oxidation von HC und CO und dem Sauerstoffangebot durch die Reduktion von NOx. Zum Betrieb des Katalysators im Katalysatorfenster wird in derzeitigen Motorsteuerungssystemen typischerweise eine Lambdaregelung eingesetzt, die auf den Signalen von Lambdasonden vor und hinter dem Dreiwege-Katalysator basiert. Für die Regelung des Lambdas vor dem Katalysator wird der Sauerstoffgehalt des Abgases vor dem Katalysator mit der Lambdasonde gemessen. Abhängig von diesem Messwert korrigiert die Regelung die Kraftstoffmenge aus der Vorsteuerung. Für eine genauere Regelung wird zusätzlich das Abgas hinter dem Katalysator mit einer weiteren Lambdasonde analysiert. Dieses Signal wird für eine Führungsregelung verwendet, die der Lambdaregelung vor dem Katalysator überlagert ist. Als Lambdasonde hinter dem Katalysator wird in der Regel eine Sprung-Lambdasonde verwendet, die bei Lambda = 1 eine sehr steile Kennlinie besitzt und deshalb Lambda = 1 sehr genau anzeigen kann.
  • Aktuelle Regelungskonzepte haben den Nachteil, dass sie ein Verlassen des Katalysatorfensters anhand des Signals der Sprung-Lambdasonde hinter dem Katalysator erst spät erkennen. Eine Alternative zur Regelung des Dreiwege-Katalysators auf Basis des Signals der Lambdasonde hinter dem Katalysator ist eine Regelung des Sauerstoff-Füllstands des Katalysators. In aktuell verwendeten Katalysatoren befindet sich Ceroxid auf dem porösen Trägermaterial des Katalysators, welches je nach Sauerstoffvorkommen in unterschiedlichen Oxidationsstufen vorliegen kann. Während es im mageren Betrieb des Motors zur Oxidation des Sauerstoffspeichermaterials kommt, wird dieses im fetten Betrieb wieder reduziert. So kann ein Sauerstoffüberschuss beziehungsweise ein Sauerstoffmangel im Abgasgemisch je nach Sauerstoffspeicherkapazität und aktueller Sauerstoff-Beladung des Katalysators ganz oder teilweise ausgeglichen werden, was zu einer deutlich erhöhten Konvertierungsleistung des Katalysators bei nicht-stöchiometrischen Abgaszusammensetzungen führt. Eine Regelung der Sauerstoff-Beladung des Dreiwege-Katalysators führt daher zu einer gesteigerten Reinigungsleistung.
  • Da die Sauerstoff-Beladung oder der Sauerstoff-Füllstand des Dreiwege-Katalysators nicht gemessen werden können, werden diese Größen modelliert. Für die Modellierung des Füllstands ist eine Messung des Abgaslambdas vor dem Katalysator in einem breiten Bereich um Lambda = 1 notwendig. Daher wird vor dem Katalysator in der Regel eine Breitband-Lambdasonde eingesetzt.
  • Aus der Schrift DE102013 017260 B3 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine und einem Katalysator (3) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine bekannt, wobei stromaufwärts des Katalysators (3) eine, ein erstes Lambdasignal bereitstellende erste Lambdasonde (5) und stromabwärts des Katalysators (3) eine, ein zweites Lambdasignal bereitstellende zweite Lambdasonde (6) vorgesehen ist, und wobei anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung und anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung durchgeführt wird. Dabei ist vorgesehen, dass für die Lambdatrimmregelung ein Regler (7) und ein den Katalysator (3) modellierender Beobachter (8) verwendet werden, wobei dem Regler (7) ein Sollwert sowie ein mittels des Beobachters (8) ermittelter Modellfehler als Eingangsgrößen und den Beobachter (8) eine mittels des Reglers (7) ermittelte Stellgröße als Eingangsgröße zugeführt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1).
  • Die Schrift DE102006 061684 A1 offenbart ein Verfahren zur Regelung eines Sauerstoff-Füllstands einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine, wobei in Flussrichtung des Abgases vor der Abgasreinigungsanlage die Abgaszusammensetzungen mit einer ersten Abgas-Sonde und hinter der Abgasreinigungsanlage mit einer zweiten Abgas-Sonde gemessen werden, wobei ein Sauerstoff-Eintrag in die Abgasreinigungsanlage bestimmt wird und zu einer Sauerstoff-Menge summiert oder integriert wird und wobei die Abgaszusammensetzung vor der Abgasreinigungsanlage zwischen vorgegebenen Grenzwerten moduliert wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Modulation der Abgaszusammensetzung vor der Abgasreinigungsanlage (16) so durchgeführt wird, dass eine Magerverstellung der Abgaszusammensetzung beendet wird, wenn die Sauerstoff-Menge einen vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht und eine Fettverstellung beendet wird, wenn die Sauerstoff-Menge einen vorbestimmten unteren Grenzwert erreicht.
  • Die Schrift DE010339063 A1 beschreibt ein Verfahren zur Gemischregelung bei einem Verbrennungsmotor mit einem in einer Abgasanlage des Verbrennungsmotors angeordneten, eine Sauerstoffspeicherfähigkeit aufweisenden Katalysator und einem stromab des Katalysators angeordneten Sauerstoffsensor, wobei ein Modell der Sauerstoffspeicherfähigkeit vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit von Eingangs-Lambdawerten und Katalysator-Parameterwerten einen Wert einer Sauerstoffbeladung des Katalysators berechnet. Es ist vorgesehen, dass ein Gemischwechsel in Abhängigkeit von dem berechneten Wert der Sauerstoffbeladung und eines mittels des Sauerstoffsensor ermittelten Fett- oder Magerdurchbruchs am Katalysator initiiert wird. In der DE010339063 A1 ist eine Modellierung des Sauerstoff-Füllstands des Katalysators vorgesehen, nicht jedoch die Verwendung eines korrigierten Ausgangssignals einer Sprung-Lambdasonde vor dem Katalysator.
  • Die Schrift DE102014 211941 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bewertung des von einem Lambdasensor (18) mit sprungförmiger Kennlinie bereitgestellten Lambdasignals (lam_2), der stromabwärts nach einem im Abgaskanal (12) einer Brennkraftmaschine (10) angeordneten Katalysators (14) angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Lambdasignal (lam_2) differenziert wird, dass der Absolutbetrag des differenzierten Signals (36) gebildet wird, dass das Betragssignal (40) des differenzierten Signals (36) über eine Zeitdauer integriert wird, dass das Integrationsergebnis (44) mit einem Integrations-Schwellenwert (I_SW) verglichen wird und dass bei einer Schwellenüberschreitung der Kraftstoffanteil des der Brennkraftmaschine (10) zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemischs erhöht wird. In der Schrift DE102014 211941 A1 ist die Sprungsonde, deren Signal verbessert ausgewertet wird, nach dem Katalysator angeordnet.
  • Aus der Schrift DE10 2012 211 687 A1 ist ein Verfahren zur Erkennung eines Spannungsoffsets zumindest in einem Bereich einer Spannungs-Lambda-Kennlinie einer in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordneten Sprung-Lambdasonde gegenüber einer Referenz-Spannungs-Lambda-Kennlinie der Sprung-Lambdasonde bekannt, wobei die Sprung-Lambdasonde Teil einer Regelstrecke zur Einstellung eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-/Kraftstoffgemischs ist, wobei eine Kennlinienabweichung der Spannungs-Lambda-Kennlinie zu der Referenz-Spannungs-Lambda-Kennlinie bei Lambda = 1 korrigiert ist, wobei, ausgehend von einem zu überprüfenden Wertepaar auf der Referenz-Spannungs-Lambda-Kennlinie mit einem zu überprüfenden Lambda und einer zu überprüfenden Spannung, eine Änderung der Zusammensetzung des der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-/Kraftstoffgemischs hin zu Lambda = 1 erfolgt und wobei aus der Änderung der Zusammensetzung des Luft-/Kraftstoffgemischs bis zum Erreichen von Lambda = 1 auf den tatsächlichen Wert von Lambda geschlossen wird. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem ersten Verfahrensschritt eine Verzögerungszeit der Regelstrecke bestimmt wird, dass in einem zweiten Verfahrensschritt, ausgehend von dem zu überprüfenden Wertepaar, die Änderung der Zusammensetzung des Luft-/Kraftstoffgemischs hin zu Lambda = 1 erfolgt, dass die Änderung der Zusammensetzung mit der Verzögerungszeit der Regelstrecke korrigiert wird, dass der tatsächliche Wert von Lambda in dem Wertepaar aus der korrigierten Änderung der Zusammensetzung des Luft-/Kraftstoffgemischs bestimmt wird und dass aus einer Abweichung des tatsächlichen Wertes von Lambda von dem zu überprüfenden Wert von Lambda ein Spannungsoffset der Spannungs-Lambda-Kennlinie erkannt wird.
  • Die Schrift DE 10 2014 210442A1 beschreibt ein Verfahren zur Korrektur einer Spannungs-Lambda-Kennlinie (36) einer in einem Abgaskanal (17) einer Brennkraftmaschine angeordneten Sprung-Lambdasonde (15, 18) bei Abweichung von einer Referenz-Spannungs-Lambda-Kennlinie (35) durch Adaption. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Adaption bei nicht betriebener Brennkraftmaschine durchgeführt wird, wobei ein temperaturabhängiger Nominalwert der Sprung-Lambdasonde (15, 18) unter Zuführung von Heizleistung überprüft wird.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine modellbasierte Regelung eines Sauerstoff-Füllstands eines Dreiwege-Katalysators mit einem Ausgangssignal einer kostengünstigen Sprung-Lambdasonde vor dem Dreiwege-Katalysator ermöglicht.
  • Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Steuereinrichtung bereitzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass aus dem korrigierten Ausgangssignal der ersten Sprung-Lambdasonde ein Sauerstoff-Eintrag in den Dreiwege-Katalysator und/oder ein Sauerstoff-Austrag aus dem Dreiwege-Katalysator bestimmt werden und dass daraus die Sauerstoff-Beladung des Dreiwege-Katalysators modelliert wird. Die Korrektur des Ausgangssignals der ersten Sprung-Lambdasonde hinsichtlich Toleranz- und Alterungseffekten, die zu einer Verschiebung einer tatsächlichen Sondenkennlinie gegenüber einer Referenz-Sondenkennlinie einer nicht-gealterten Sprung-Lambdasonde mit einer Spannungs-Lambdakennlinie nach Datenblatt führen, ergibt einen in einem breiten Lambdabereich eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Sondensignal und dem Lambdawert des Abgases. Daher kann eine kostengünstige Sprung-Lambdasonde zur Bilanzierung des Sauerstoff-Ein- und -Austrags in/aus dem Dreiwege-Katalysator verwendet werden und die Sauerstoff-Beladung oder der Sauerstoff-Füllstand des Dreiwege-Katalysators können aus diesen Werten modelliert werden. Insbesondere muss nicht das Ausgangssignal einer nach dem Dreiwege-Katalysator angeordneten Sprung-Lambdasonde herangezogen werden, das erst eine Reaktion zeigen kann, wenn ein Mager- oder Fett-Durchbruch erfolgt sind und die Konvertierungsfähigkeit des Dreiwege-Katalysators bereits stark vermindert ist. Die Korrektur der Toleranz- und Alterungseffekte erfolgt nach bekannten Verfahren einzeln oder kombiniert in folgenden Schritten:
    • – Adaption eines konstanten Offsets der Sondenkennlinie
    • – Kompensation einer Verschiebung des Lambda = 1 – Punktes der Sondenkennlinie
    • – Kompensation einer temperaturbedingten Verschiebung der Sondenkennlinie
    • – Berücksichtigung der aktuellen Abgaszusammensetzung und von unterschiedlichen Querempfindlichkeiten der Abgassonde gegenüber verschiedenen Abgaskomponenten
  • Eine geeignete Korrektur der Sondenkennlinie kann durchgeführt werden, indem zur Korrektur von Toleranz- und Alterungseffekten ein Spannungsoffset in einem Ausgangssignal der ersten Sprung-Lambdasonde erkannt und korrigiert wird, dass eine Verschiebung des Lambda = 1 – Punktes und eine temperaturbedingte Verschiebung der Sondenkennlinie korrigiert werden und dass Querempfindlichkeiten der ersten Sprung-Lambdasonde gegenüber Abgaskomponenten berücksichtigt werden
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Sauerstoff-Beladung des Dreiwege-Katalysators so geregelt wird, dass ein Verlassen eines vorgebbaren Beladungs-Fensters vermieden wird. Das Beladungs-Fenster wird so gewählt, dass bei Einträgen von fettem oder magerem Abgas während dynamischer Änderungen der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine aufgrund der Sauerstoff-Speicherfähigkeit des Dreiwege-Katalysators ein Puffer vorhanden ist, der einerseits bei mageren Bedingungen Sauerstoff aufnehmen kann und andererseits bei fettem Abgas Sauerstoff abgeben kann, so dass die Abgasreinigung im Dreiwegekatalysator bei Lambda = 1 erfolgen kann. Mit dem aus dem Modell bekannten aktuellen Sauerstoff-Füllstand des Dreiwege-Katalysators kann die Abgaszusammensetzung frühzeitig nachgeregelt werden, so dass immer ausreichend Puffer zu Verfügung steht.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Dreiwege-Katalysator in zwei oder mehrere Zonen unterteilt wird, für die jeweils die Sauerstoff-Beladung modelliert wird. Hierdurch können Füll- und Entleerungsvorgänge mit höherer Genauigkeit modelliert werden. Vorteilhaft werden die Füllstände der einzelnen Zonen auf die aktuelle Sauerstoffspeicherfähigkeit der jeweiligen Zone normiert. Die Füllstände der einzelnen Zonen werden – gegebenenfalls nach einer Wichtung – in einen mittleren Füllstand umgerechnet. Mit der Wichtung kann berücksichtigt werden, dass für die momentane Abgaszusammensetzung hinter dem Dreiwege-Katalysator der Füllstand in einem vergleichsweise kleinen Bereich am Ausgang des Katalysators entscheidend ist. Für die Entwicklung des Füllstands in diesem kleinen Bereich am Ausgang des Katalysators ist der Füllstand in dem davor liegenden Volumen und dessen Entwicklung maßgebend. Dieser mittlere Füllstand wird auf einen Sollwert geregelt, der die Wahrscheinlichkeit von Durchbrüchen nach Mager und Fett minimiert und so zu minimalen Emissionen führt.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Katalysatormodell des Dreiwege-Katalysators mit Hilfe eines Ausgangssignals einer nach dem Dreiwege-Katalysator angeordneten zweiten Sprung-Lambdasonde kalibriert wird. Die zweite Sprung-Lambdasonde zeigt an, wenn der Dreiwege-Katalysator vollständig mit Sauerstoff gefüllt oder vollständig entleert ist. Dies wird ausgenutzt, um nach Mager- oder Fett-Phasen den modellierten Sauerstoff-Füllstand mit dem tatsächlichen Sauerstoff-Füllstand in Übereinstimmung zu bringen und gegebenenfalls das Katalysatormodell zu adaptieren.
  • Die die Steuereinrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird gelöst, indem in der Steuereinrichtung eine Bilanzierung eines Sauerstoff-Eintrags in den Dreiwege-Katalysator und/oder eines Sauerstoff-Austrags aus dem Dreiwege-Katalysator aus dem korrigierten Ausgangssignal der ersten Sprung-Lambdasonde vorgesehen ist und indem daraus die Bestimmung der Sauerstoff-Beladung des Dreiwege-Katalysators vorgesehen ist.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 in einer schematischen Darstellung das technische Umfeld, in der das Verfahren angewendet werden kann,
  • 2 ein Schema der erfindungsgemäßen Regelung.
  • 1 zeigt schematisch das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Eine Brennkraftmaschine 10, die als fremdgezündeter Benzinmotor ausgeführt ist, bekommt Verbrennungsluft über eine Luftzuführung 11 zugeführt. Dabei kann die Luftmasse der Verbrennungsluft mittels eines Luftmassenmessers 12 in der Luftzuführung 11 bestimmt werden. Die zugeführte Luftmasse dient der Bestimmung der bei einem vorzusteuernden Lambdawert zu dosierenden Kraftstoffmenge. Weiterhin werden mit Hilfe der Luftmasse Abgasparameter, insbesondere ein Abgasmassenstrom und daraus abgeleitet eine Abgasmasse, bestimmt. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgaskanal 15 abgeführt, in dem ein Drei-Wege-Katalysator 16 angeordnet ist. Weiterhin sind im Abgaskanal 15 eine erste Sprung-Lambdasonde 14 vor dem Drei-Wege-Katalysator 16 und eine zweite Sprung-Lambdasonde 17 nach dem Drei-Wege-Katalysator 16 angeordnet, deren Signale einer Steuereinrichtung 20 zugeführt werden. Der Steuereinrichtung 20 wird weiterhin das Signal des Luftmassenmessers 12 zugeführt. Auf Basis der so ermittelten Luftmasse und der Signale der Sprung-Lambdasonden 14, 17 wird in der Steuereinrichtung 20 die Kraftstoffmasse bestimmt, die über eine Kraftstoff-Dosierung 13 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird. Die Steuereinrichtung 20 enthält dazu eine Vorsteuerung und eine Regelungsvorrichtung zur Regelung der Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemischs auf Basis der Signale der Sprung-Lambdasonden 14, 17.
  • 2 zeigt ein Schema der erfindungsgemäßen Regelung. Bereits in 1 benutzte Bezeichner sind in 2 mit gleichen Zahlen gekennzeichnet. Die Brennkraftmaschine 10 ist über den Abgaskanal 15 mit dem Dreiwege-Katalysator 16 sowie danach mit der Außenwelt verbunden. Zwischen der Brennkraftmaschine 10 ist im Abgaskanal 15 die erste Sprung-Lambdasonde 14 angeordnet. Nach dem Dreiwege-Katalysator 16 ist im Abgaskanal 15 die zweite Sprung-Lambdasonde 17 angeordnet. Die Steuerung der Brennkraftmaschine 10 ist in einer Steuereinrichtung 20 zusammengefasst. In bekannten Lambdaregelungen wird in der Steuereinrichtung 20 das Ausgangssignal der ersten Sprung-Lambdasonde 14 in einer Signalaufbereitung 29 bezüglich eines konstanten Offsets der Sondenkennlinie korrigiert. Weiterhin werden eine Verschiebung des Lambda = 1 – Punktes und eine temperaturbedingte Verschiebung der Sondenkennlinie kompensiert. Schließlich werden noch die aktuelle Abgaszusammensetzung und Querempfindlichkeiten der Abgassonde gegenüber verschiedenen Abgaskomponenten berücksichtigt. Das so korrigierte Signal wird einer Lambdaregelung 24 zugeführt, die die Zusammensetzung des Luft-Kraftstoffgemischs regelt, das der Brennkraftmaschine 10 zugeführt wird. In einer Führungsregelung 21 wird das Ausgangssignal der zweiten Sprung-Lambdasonde 17 ausgewertet um die Lambdaregelung 24 so zu korrigieren, dass im Mittel der gewünschte Lambdawert von Lambda = 1 eingehalten wird.
  • Eine erfindungsgemäße Füllstandsregelung 30 innerhalb der Steuereinrichtung 20 regelt den Sauerstoff-Füllstand des Dreiwege-Katalysators 16. Hierzu wird das Ausgangssignal der Signalaufbereitung 29 nach Korrektur mit dem Signal der Führungsregelung 21 in einer Differenzstufe 28 einem Emissionsmodell 27 zugeführt. In dem Emissionsmodell 27 wird das korrigierte Sondensignal in einen Lambdawert oder eine oder mehrere daraus abgeleitete Größen umgerechnet. Vorteilhafterweise wird dabei der Lambdawert in eine Konzentration einer oder mehrerer Abgaskomponenten umgerechnet. Beispielhaft kann der Lambdawert in Werte für die Konzentrationen von Sauerstoff und Kohlenmonoxid vor dem Dreiwege-Katalysator 16 umgerechnet werden. Ausgangswerte des Emissionsmodells 27 oder direkt der korrigierte Lambdawert werden einem Katalysatormodell 25 zugeführt. In dem Katalysatormodell 25 wird der Füllstand des Dreiwege-Katalysators 16 modelliert. Insbesondere ist eine Bilanzierung des Sauerstoff-Ein- und Austrags vorgesehen, um den Sauerstoff-Füllstand zu modellieren. Es ist vorteilhaft, die Reaktionskinetik der durch das Emissionsmodell berechneten Abgasbestandteile bei der Modellierung zu berücksichtigen. Weiterhin ist es vorteilhaft, den Dreiwege-Katalysator 16 in mehrere Zonen zu unterteilen, in denen jeweils der Füllstand modelliert wird. Hierdurch können Füll- und Entleerungs-Vorgänge realistischer abgebildet werden. Für die Regelung des Katalysator-Füllstands ist es vorteilhaft, die Füllstände der einzelnen Zonen zu normieren. Die Füllstände der einzelnen Zonen werden – gegebenenfalls nach einer Wichtung – in einen mittleren Füllstand des Dreiwege-Katalysators 16 umgerechnet. Mit der Wichtung kann berücksichtigt werden, dass für eine momentane Abgaszusammensetzung hinter dem Dreiwege-Katalysator 16 der Füllstand in einem vergleichsweise kleinen Bereich am Ausgang des Dreiwege-Katalysators 16 entscheidend ist. Die Entwicklung des Füllstands in diesem kleinen Bereich wird von dem davor liegenden Katalysatorvolumen und dessen Entwicklung beeinflusst. Der mittleren Füllstand des Dreiwege-Katalysators 16 wird von der Füllstandsregelung 30 auf einen solchen Sollwert geregelt, dass die Wahrscheinlichkeit von Durchbrüchen nach Mager und Fett am Ausgang des Dreiwege-Katalysators 16 minimiert wird. Hierdurch werden die Emissionen der Brennkraftmaschine 10, die die Außenwelt erreichen, minimiert.
  • Bei Bedarf kann das Katalysatormodell 25 mit Hilfe des Ausgangssignals der nach dem Dreiwege-Katalysator 16 angeordneten zweiten Sprung-Lambdasonde 17 über eine Kalibrierung 26 kalibriert werden. Das Ausgangssignal der zweiten Sprung-Lambdasonde 17 zeigt an, wenn der Dreiwege-Katalysator 16 komplett mit Sauerstoff gefüllt oder komplett von Sauerstoff entleert ist. Dies kann verwendet werden, um nach einer Mager- oder einer Fettphase den modellierten Sauerstoff-Füllstand mit dem tatsächlichen Sauerstoff-Füllstand in Übereinstimmung zu bringen und bei Bedarf das Katalysatormodell 25 zu adaptieren. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit des Katalysatormodells 25 gesteigert werden.
  • Von dem Katalysatormodell 25 wird der Füllstand des Dreiwege-Katalysators 16 an einen Füllstandsregler 22 weitergegeben, der über eine Summierstufe 23 zusammen mit dem Ausgangssignal der Führungsregelung 21 den Sollwert für die Lambdaregelung 24 anpasst..
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Claims (6)

  1. Verfahren zur Regelung einer Sauerstoff-Beladung eines Dreiwege-Katalysators (16) in einem Abgas führenden Abgaskanal (15) einer Brennkraftmaschine (10), wobei ein Sauerstoffgehalt des Abgases vor dem Dreiwege-Katalysator (16) mit einer ersten Sprung-Lambdasonde (14) bestimmt wird, wobei Toleranz- und Alterungseffekte, die zu einer Verschiebung einer tatsächlichen Sondenkennlinie gegenüber einer Referenz-Sondenkennlinie führen, berücksichtigt und korrigiert werden und wobei die Sauerstoffbeladung des Dreiwege-Katalysators (16) modelliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem korrigierten Ausgangssignal der ersten Sprung-Lambdasonde (14) ein Sauerstoff-Eintrag in den Dreiwege-Katalysator (16) und/oder ein Sauerstoff-Austrag aus dem Dreiwege-Katalysator (16) bestimmt werden und dass daraus die Sauerstoff-Beladung des Dreiwege-Katalysators (16) modelliert wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Korrektur von Toleranz- und Alterungseffekten ein Spannungsoffset in einem Ausgangssignal der ersten Sprung-Lambdasonde (14) erkannt und korrigiert wird, dass eine Verschiebung des Lambda = 1 – Punktes und eine temperaturbedingte Verschiebung der Sondenkennlinie korrigiert werden und dass Querempfindlichkeiten der ersten Sprung-Lambdasonde (14) gegenüber Abgaskomponenten berücksichtigt werden
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoff-Beladung des Dreiwege-Katalysators (16) so geregelt wird, dass ein Verlassen eines vorgebbaren Beladungs-Fensters vermieden wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Dreiwege-Katalysator (16) in zwei oder mehrere Zonen unterteilt wird, für die jeweils die Sauerstoff-Beladung modelliert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormodell (25) des Dreiwege-Katalysators (16) mit Hilfe eines Ausgangssignals einer nach dem Dreiwege-Katalysator (16) angeordneten zweiten Sprung-Lambdasonde (17) kalibriert wird.
  6. Steuereinrichtung (20) zur Regelung einer Sauerstoffbeladung eines Dreiwege-Katalysators (16) in einem Abgas führenden Abgaskanal (15) einer Brennkraftmaschine (10), wobei zur Bestimmung eines Sauerstoffgehalts des Abgases vor dem Dreiwege-Katalysator (16) eine erste Sprung-Lambdasonde (14) vorgesehen ist, wobei Toleranz- und Alterungseffekte, die zu einer Verschiebung einer tatsächlichen Sondenkennlinie gegenüber einer Referenz-Sondenkennlinie führen, berücksichtigt und korrigiert werden und wobei in der Steuereinrichtung ein Modell zur Modellierung einer Sauerstoffbeladung des Dreiwege-Katalysators (16) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuereinrichtung eine Bilanzierung eines Sauerstoff-Eintrags in den Dreiwege-Katalysator (16) und/oder eines Sauerstoff-Austrags aus dem Dreiwege-Katalysator (16) aus dem korrigierten Ausgangssignal der ersten Sprung-Lambdasonde (14) vorgesehen ist und dass daraus die Bestimmung der Sauerstoff-Beladung des Dreiwege-Katalysators (16) vorgesehen ist.
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