DE102018206451B4 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit 3-Wege-Katalysator und Lambdaregelung über NOx-Emissionserfassung - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrang ein 3-Wege-Katalysator mit Lambdaregelung angeordnet ist, mit den folgenden Schritten:- Anordnen eines Binärlambdasensors und eines NOx- und/oder NH3-Sensors oder einer entsprechenden Sensorkombination stromab des 3-Wege-Katalysators;- beim Erstlauf der Brennkraftmaschine Einstellen eines Lambdasollwertes zur Regelung durch den Binärlambdasensor auf einen Anfangswert;- während der Lambdaregelung mit diesem Sollwert Messen des NH3-Wertes im Abgas nach dem 3-Wege-Katalysator über ein NOx-Signal oder NH3-Signal vom NOx- und NH3-Sensor;- gleichzeitiges Messen des Binärsensorsignales vom Binärlambdasensor;- wenn der NH3-Wert über einem ersten Schwellenwert liegt, Reduzieren des Lambdasollwertes des Binärlambdasignales, bis der NH3-Wert unter dem ersten Schwellenwert liegt oder das Binärsensorsignal unter einem zweiten Schwellenwert liegt;- Aufzeichnen des entsprechenden Binärsensorsignales, wenn der NH3-Wert den ersten Schwellenwert passiert, zur Binärsensorsignalsollwertadaption als Vbinär-links; und- Berechnen des realen Lambdasollwertes für die Lambdaregelung nach folgender Gleichung:VBina¨rsollwer=a×Vbina¨r-links+(1−a)×Vbina¨r-rechtsworin bedeutenVbinär-links= Binärsensorsignal an der NH3-Grenze in Fett-Richtung zur SollwertadaptionVbinär-rechts= Binärsensorsignal näher an Lambda 1 auf der fetten Seitea = Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrang ein 3-Wege-Katalysator mit Lambdaregelung angeordnet ist.
- In der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
10 2017 218 327.6 (DE 10 2017 218 327 A1 ) ist ein derartiges Verfahren beschrieben. Hierbei wird ein für die Emissionsregelung wichtiger Lambdasollwert stromauf eines 3-Wege-Katalysators durch kombinierte Messung eines Lambdawertes und eines NH3-Wertes durch einen NOx-Sensor mit integrierter Lambda-Sonde stromab des 3-Wege-Katalysators bestimmt bzw. festgelegt. Durch die genaue Festlegung dieses Lambdasollwertes vor dem 3-Wege-Katalysator kann Lambda nach dem Katalysator in einem genau definierten Bereich gehalten werden, um die NOx- und CO2/HC-Emissionen zu minimieren. - Bei diesem Verfahren wird unterhalb eines Schwellenwertes des den Lambdawert wiedergebenden elektrischen Signales (Binärsignales) der Lambdasollwert stromauf des 3-Wege-Katalysators durch die Differenz zwischen dem Sollwert des elektrischen Signales für den Lambdawert und dem gemessenen Lambdawert bestimmt. Über einem Schwellenwert des entsprechenden Lambdasignales wird der Lambdasollwert stromauf des Katalysators jedoch auf andere Weise bestimmt, nämlich mithilfe der Differenz zwischen einem NH3-Sollwert des NOx-Sensors und dem gemessenen NH3-Signal des NOx-Sensors. Die nach dem 3-Wege-Katalysator anfallende NH3-Menge wird daher zu Regelungszwecken verwendet.
- In der
DE 101 17 050 C1 ist ein Verfahren zur Reinigung des Abgases einer unter Lambda-Regelung betriebenen Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt beschrieben, in dem ein Katalysator angeordnet ist. Fortlaufend wird ein Vorkat-Lambdawert des Abgases stromauf des Katalysators erfasst, wobei ein Vorkat-Lambdasignal erzeugt wird, das Vorkat-Lambdasignal als Führungsgröße der Lambda-Regelung verwendet wird, fortlaufend ein Nachkat-Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators erfasst wird, wobei ein Nachkat-Lambdasignal erzeugt wird, das monoton fallend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators abhängt. Mittels des Nachkat-Lambdasignals wird in einer Trimmregelung eine Korrektur der Lambda-Regelung durchgeführt, wobei ein Messsignal erzeugt wird, das zumindest unterhalb eines bestimmten Lambdawertes nahe Lambda = 1 streng monoton steigend oder fallend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators abhängt. Bei Signalpegeln des Nachkat-Lambdasignals oberhalb eines Schwellenwertes wird das weitere Messsignal und bei Signalpegeln des Nachkat-Lambdasignals unterhalb dieses Schwellenwertes das Nachkat-Lambdasignal selbst zur Trimmregelung verwendet. - Die
DE 198 52 244 C1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Abgasreinigung mit Trimmregelung bei einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine einen Drei-Wege-Katalysator aufweist. Dabei wird statt einer stromab des Drei-Wege-Katalysators angeordneten Lambda-Sonde ein NOx-empfindlicher Messaufnehmer verwendet, ein Zusammenhang zwischen NOx-Konzentration im Abgas und Lambda-Wert ausgenutzt und ein internes, einen Vorzeichenwechsel bei Lambda = 1 aufweisendes Signal des Messaufnehmers verwendet, da das Signal des Messaufnehmers aufgrund einer NH3-Empfindlichkeit bei Lambda = 1 lediglich ein lokales Minimum hat. - In der
US 2010/0204904 A1 - Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit 3-Wege-Katalysator und Lambdaregelung zur Verfügung zu stellen, bei dem die Lambdaregelung besonders rasch und genau durchgeführt werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
- Anordnen eines Binärlambdasensors und eines NOx- und/oder NH3-Sensors stromab des 3-Wege-Katalysators;
- beim Erstlauf der Brennkraftmaschine Einstellen eines Lambdasollwertes zur Regelung durch den Binärlambdasensor auf einen Anfangswert;
- während der Lambdaregelung mit diesem Sollwert Messen des NH3-Wertes im Abgas nach dem 3-Wege-Katalysator über ein NOx-Signal oder NH3-Signal vom NOx- und NH3-Sensor;
- gleichzeitiges Messen des Binärsensorsignales vom Binärlambdasensor;
- wenn der NH3-Wert über einem ersten Schwellenwert liegt, Reduzieren des Lambdasollwertes des Binärlambdasignales, bis der NH3-Wert unter dem ersten Schwellenwert liegt oder das Binärsensorsignal unter einem zweiten Schwellenwert liegt;
- Aufzeichnen des entsprechenden Binärsensorsignales, wenn der NH3-Wert den ersten Schwellenwert passiert, zur Binärsensorsignalsollwertadaption als Vbinär-links; und
- Berechnen des realen Lambdasollwertes für die Lambdaregelung nach folgender Gleichung:
- Vbinär-links =
- Binärsensorsignal an der NH3-Grenze in Fett-Richtung zur Sollwertadaption
- Vbinär-rechts =
- Binärsensorsignal näher an Lambda 1 auf der fetten Seite
- a =
- Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1.
- Als Binärlambdasensor und NOx- und/oder NH3-Sensor müssen nicht unbedingt getrennte Sensoren vorgesehen sein. Vielmehr kann es sich beispielsweise auch um einen NOx- bzw. NH3-Sensor mit integrierter Lambda-Sonde handeln.
- Der in der obigen Gleichung (1) verwendete Gewichtungsfaktor a, der zwischen 0 und 1 liegt, kann in Abhängigkeit vom Luftmassenstrom ausgewählt werden. In den meisten Fällen wird dieser Gewichtungsfaktor zwischen 0,5 und 0,9 gewählt. Bei einem hohen Luftmassenstrom liegt der Gewichtungsfaktor näher an 0,9, um einen NOx-Durchbruch zu vermeiden.
- Mit dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann die Lambda-Regelung besonders rasch und genau durchgeführt werden. Das Einhalten der gewünschten Emissionsgrenzen kann über die Lebensdauer der Brennkraftmaschine unter unterschiedlichen Bedingungen und selbst mit gealtertem 3-Wege-Katalysator mit einem besonders geringen Kalibrierungsaufwand garantiert werden.
- In Weiterbildung zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren ferner dadurch aus, dass jedes Mal dann, wenn während des Betriebes der Brennkraftmaschine das NH3-Signal wieder den NH3-Schwellenwert (erster Schwellenwert) passiert, das entsprechende Binärsensorsignal wieder aufgezeichnet und für eine neue Sollwertberechnung gemäß Gleichung (1) verwendet wird.
- Das gleiche Verfahren kann für die Sollwertberechnung eines Linearlambdasensorsignales nach dem 3-Wege-Katalysator verwendet werden. Hierbei sieht die Erfindung zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrang ein 3-Wege-Katalysator mit Lambdaregelung angeordnet ist, vor, das die folgenden Schritte umfasst:
- Anordnen eines Linearlambdasensors und eines NOx- und/oder NH3-Sensors stromab des 3-Wege-Katalysators;
- beim Erstlauf der Brennkraftmaschine Einstellen eines Lambdasollwertes zur Steuerung durch den Linearlambdasensor auf einen Anfangswert;
- während der Lambdaregelung mit diesem Sollwert Messen des NH3-Wertes im Abgas nach dem 3-Wege-Katalysator über ein NOx-Signal oder NH3-Signal vom NOx- und/oder NH3-Sensor;
- gleichzeitiges Messen eines Binärsensorsignales und eines Linearsensorsignales vom Linearlambdasensor;
- wenn der NH3-Wert über einem ersten Schwellenwert liegt, Erhöhen des Lambdasollwertes des Linearlambdasensorsignales, bis der NH3-Wert unter dem ersten Schwellenwert liegt oder das Binärsensorsignal unter einem zweiten Schwellenwert liegt;
- Aufzeichnen des entsprechenden Linearlambdasensorsignales, wenn der NH3-Wert den ersten Schwellenwert passiert, zur Linearlambdasollwertadaption als Lambdalinks;
- wenn zu Beginn das Binärsensorsignal unter einem zweiten Schwellenwert liegt, Reduzieren des Lambdasollwertes des Linearlambdasensorsignales, bis das Binärlambdasignal über dem zweiten Schwellenwert liegt oder das NH3-Signal über dem ersten Schwellenwert liegt;
- Aufzeichnen des entsprechenden Linearlambdasensorsignales, wenn das Binärsensorsignal den zweiten Schwellenwert passiert zur Linearlambdasollwertadaption als Lambdarechts; und
- Berechnen des realen Lambdasollwertes nach folgender Gleichung
- Lambdalinks =
- Linearlambdasensorsignal an der NH3-Grenze in Fettrichtung zur Sollwertadaption.
- Lambdarechts =
- Linearlambdasignal näher an Lambda 1 auf der fetten Seite bei einem Binärsensorsignal auf dem 2. Schwellenwert
- a =
- Gewichtungsfaktor zwischen 0 und 1.
- Als Linearlambdasensor und NOx- und/oder NH3-Sensor müssen nicht unbedingt getrennte Sensoren vorgesehen sein. Vielmehr kann es sich beispielsweise auch um einen NOx- bzw. NH3-Sensor mit integrierter Lambda-Sonde handeln.
- Der vorstehend angegebene Gewichtungsfaktor a kann in Abhängigkeit vom Luftmassenstrom ausgewählt werden. In den meisten Fällen wird der Gewichtungsfaktor zwischen 0,4 und 0,8 gewählt. Bei einem hohen Luftmassenstrom liegt der Gewichtungsfaktor näher an 0,8, um einen NOx-Durchbruch zu vermeiden.
- Auch mit dieser Verfahrensvariante werden die vorstehend aufgezeigten Vorteile erreicht.
- In Weiterbildung dieser Verfahrensvariante wird jedes Mal dann, wenn während des Betriebes der Brennkraftmaschine das NH3-Signal den NH3-Schwellenwert (erster Schwellenwert) passiert oder das Binärsensorsignal den zweiten Schwellenwert passiert, das entsprechende Linearlambdasensorsignal wieder als Lambdalinks oder Lambdarechts aufgezeichnet und für eine neue Sollwertberechnung gemäß Gleichung (2) verwendet.
- Bei der ersten Verfahrensvariante beträgt der Anfangswert des Lambdasollwertes vorzugsweise 750 mV. Der erste Schwellenwert (NH3-Wert) beträgt vorzugsweise 10 ppm, während der 2. Schwellenwert (Binärsensorsignal) vorzugsweise 650 mV beträgt.
- Bei der zweiten Verfahrensvariante beträgt der Anfangswert des Lambdasollwertes vorzugsweise 0,997. Der erste Schwellenwert (NH3-Wert) beträgt vorzugsweise 10 ppm, während der zweite Schwellenwert (Binärsignal) vorzugsweise 650 mV beträgt.
- Bei einer speziellen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens (beider Verfahrensvarianten) wird für eine On-board-Diagnose das NOx-Sensorsignal am Lambdasollwert entweder zur Regelung mit dem Binärsensorsignal oder mit dem Linearlambdasensorsignal verwendet. Wenn dabei der dementsprechend erhaltene Wert über einem dritten Schwellenwert liegt, wird der 3-Wege-Katalysator als fehlerhaft eingestuft.
- Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt in einem Diagramm die NOx- und Binär- und Linearlambdasignale von einem NOx-Sensor mit integrierter Lambdasonde.
- Wie vorstehend erläutert, betrifft die Erfindung die Adaption des Binärsensorsignales oder Linearlambdasensorsignales nach dem 3-Wege-Katalysator auf der fetten Seite (Lambda < 1) durch ein NOx- oder NH3-Sensorsignal des NOx- und/oder NH3-Sensors mit nachfolgender Bestimmung des Lambdasollwertes entweder in Form des Binärsensorsignales oder Lambdasignales auf der Basis des adaptierten Signales für eine genaue Lambdaregelung nach dem 3-Wege-Katalysator.
- Das Diagramm zeigt auf der Abszisse das Linearlambdasensorsignal nach dem 3-Wege-Katalysator und auf der Ordinate das NOx-Signal sowie das Binärsensorsignal. Bei der vorstehend beschriebenen ersten Verfahrensvariante wird der Lambdasollwert zur Regelung mit dem Binärlambdasensor nach dem 3-Wege-Katalysator bei einem Anfangswert von 750 mV eingestellt. Wie vorstehend beschrieben, werden dann während der Lambdaregelung mit diesem Sollwert der NH3-Wert nach dem 3-Wege-Katalysator und das entsprechende Binärsignal gemessen. Wenn hierbei der NH3-Wert über 10 ppm liegt, wird der Lambdasollwert des Binärsensorsignales soweit reduziert, bis der NH3-Wert unter 10 ppm oder das Binärsensorsignal unter 650 mV (zweiter Schwellenwert) liegt. Das entsprechende Binärsensorsignal, wenn NH3 den entsprechenden Schwellenwert passiert, wird als Vbinär-links aufgezeichnet.
- Ferner wird der Wert Vbinär-rechts erfasst, der dem Binärsensorsignal näher an Lambda auf der fetten Seite entspricht und hier 650 mV beträgt.
- Aus der vorstehend wiedergegebenen Gleichung wird dann mithilfe eines Gewichtungsfaktors der entsprechende Binärsollwert (VBinärsollwert) berechnet.
- Bei der vorstehend beschriebenen zweiten Verfahrensvariante wird der Lambdasollwert zur Regelung mit einem Linearlambdasensor nach dem 3-Wege-Katalysator auf einen Anfangswert von 0,997 eingestellt. Es werden dann die einzelnen Verfahrensschritte in der vorstehend wiedergegebenen Weise ausgeführt, wobei hier als erster Schwellenwert (NH3-Wert) ein Wert von 10 ppm und als zweiter Schwellenwert (Binärsignal) ein Wert von 650 mV zugrunde gelegt wird. Die entsprechenden Werte Lambdalinks und Lambdarechts werden in der vorstehend beschriebenen Weise ermittelt. Mithilfe des entsprechenden Gewichtungsfaktors wird aus Gleichung (2) der Lambdasollpunkt berechnet.
Claims (6)
- Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrang ein 3-Wege-Katalysator mit Lambdaregelung angeordnet ist, mit den folgenden Schritten: - Anordnen eines Binärlambdasensors und eines NOx- und/oder NH3-Sensors oder einer entsprechenden Sensorkombination stromab des 3-Wege-Katalysators; - beim Erstlauf der Brennkraftmaschine Einstellen eines Lambdasollwertes zur Regelung durch den Binärlambdasensor auf einen Anfangswert; - während der Lambdaregelung mit diesem Sollwert Messen des NH3-Wertes im Abgas nach dem 3-Wege-Katalysator über ein NOx-Signal oder NH3-Signal vom NOx- und NH3-Sensor; - gleichzeitiges Messen des Binärsensorsignales vom Binärlambdasensor; - wenn der NH3-Wert über einem ersten Schwellenwert liegt, Reduzieren des Lambdasollwertes des Binärlambdasignales, bis der NH3-Wert unter dem ersten Schwellenwert liegt oder das Binärsensorsignal unter einem zweiten Schwellenwert liegt; - Aufzeichnen des entsprechenden Binärsensorsignales, wenn der NH3-Wert den ersten Schwellenwert passiert, zur Binärsensorsignalsollwertadaption als Vbinär-links; und - Berechnen des realen Lambdasollwertes für die Lambdaregelung nach folgender Gleichung:
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jedes Mal dann, wenn während des Betriebs der Brennkraftmaschine das NH3-Signal wieder den NH3-Schwellenwert (erster Schwellenwert) passiert, das entsprechende Binärsensorsignal wieder aufgezeichnet und für eine neue Sollwertberechnung gemäß Gleichung (1) verwendet wird. - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine in deren Abgasstrang ein 3-Wege-Katalysator mit Lambdaregelung angeordnet ist, mit den folgenden Schritten: - Anordnen eines Linearlambdasensors und eines NOx- und/oder NH3-Sensors oder einer entsprechenden Sensorkombination stromab des 3-Wege-Katalysators; - beim Erstlauf der Brennkraftmaschine Einstellen eines Lambdasollwertes zur Regelung durch den Linearlambdasensor auf einen Anfangswert; - während der Lambdaregelung mit diesem Sollwert Messen des NH3-Wertes im Abgas nach dem 3-Wege-Katalysator über ein NOx-Signal oder NH3-Signal vom NOx- und/oder NH3-Sensor; - gleichzeitiges Messen eines Binärsensorsignales und eines Linearsensorsignales vom Linearlambdasensor; - wenn der NH3-Wert über einem ersten Schwellenwert liegt, Erhöhen des Lambdasollwertes des Linearlambdasensorsignales, bis der NH3-Wert unter dem ersten Schwellenwert liegt oder das Binärsensorsignal unter einem zweiten Schwellenwert liegt; - Aufzeichnen des entsprechenden Linearlambdasensorsignales, wenn der NH3-Wert den ersten Schwellenwert passiert, zur Linearlambdasollwertadaption als Lambdalinks ; - wenn zu Beginn das Binärsensorsignal unter einem zweiten Schwellenwert liegt, Reduzieren des Lambdasollwertes des Linearlambdasensorsignales, bis das Binärlambdasignal über dem zweiten Schwellenwert liegt oder das NH3-Signal über dem ersten Schwellenwert liegt; - Aufzeichnen des entsprechenden Linearlambdasensorsignales, wenn das Binärsensorsignal den zweiten Schwellenwert passiert zur Linearlambdasollwertadaption als Lambdarechts; und - Berechnen des realen Lambdasollwertes nach folgender Gleichung
- Verfahren nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass jedes Mal dann, wenn während des Betriebes der Brennkraftmaschine das NH3-Signal wieder den NH3-Schwellenwert (erster Schwellenwert) passiert oder das Binärsensorsignal den zweiten Schwellenwert passiert, das entsprechende Linearlambdasensorsignal wieder als Lambda-links oder Lambdarechts aufgezeichnet und für eine neue Sollwertberechnung gemäß Gleichung (2) verwendet wird. - Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für eine On-board-Diagnose das NOx-Sensorsignal am Lambdasollwert entweder zur Regelung mit dem Binärsensorsignal oder mit dem Linearlambdasensorsignal verwendet wird.
- Verfahren nach
Anspruch 5 , dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn der gemäßAnspruch 5 erhaltene Wert über einem dritten Schwellenwert liegt, der 3-Wege-Katalysator als fehlerhaft eingestuft wird.
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