DE19852244C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung mit Trimmregelung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Abgasreinigung mit Trimmregelung

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Abstract

Zur Trimmregelung bei einer Brennkraftmaschine (20) mit Drei-Wege-Katalysator (22) wird statt einer stromab des Drei-Wege-Katalysators (22) Lambda-Sonde ein NO¶x¶-empfindlicher Meßaufnehmer (24) verwendet, ein Zusammenhang zwischen NO¶x¶-Konzentration im Abgas und Lambda-Wert ausgenutzt und ein internes, einen Vorzeichenwechsel bei Lambda = 1 aufweisendes Signal, Ip0 des Meßaufnehmers (24) verwendet, da das Signal des Meßaufnehmers (24) aufgrund einer NH¶3¶-Querempfindlichkeit bei Lambda = 1 lediglich ein lokales Minimum hat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. 5.
Zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine ist übli­ cherweise ein Drei-Wege-Katalysator im Abgastrakt der Brenn­ kraftmaschine angeordnet. Stromauf dieses Katalysators ist eine Lambda-Sonde vorgesehen, deren abgegebenes Signal wie bei allen Lambda-Sonden abhängig von dem im Abgas enthaltenen Restsauerstoff ist. Dieser Restsauerstoffanteil wiederum hängt vom Gemisch ab, das der Brennkraftmaschine zugeführt wurde. Bei Kraftstoffüberschuß (fettes Gemisch) ist der Sau­ erstoffanteil im Rohabgas niederer, bei Luftüberschuß (mageres Gemisch) höher.
Bei magerem Gemisch (Lambda < 1) liegt die Ausgangsspannung der Lambda-Sonde üblicherweise unter 100 mV, ändert sich im Bereich Lambda = 1 fast sprunghaft und erreicht bei fettem Gemisch (Lambda < 1) über 0,8 V; dies wird als Zweipunkt- Verhalten bezeichnet.
Es sind auch Lambda-Sonden bekannt, die in einem weiten Lamb­ da-Bereich (0,7 bis 4) ein eindeutiges, monoton steigendes Signal liefern. Diese Lambda-Sonden werden auch als Breit­ band-Lambda-Sonden bezeichnet.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt nun so, daß das den Lambda-Wert des Rohabgases wiedergebende Ausgangssignal der Lambda-Sonde um einen vorbestimmten Mittelwert schwingt, der etwa Lambda = 1 zugeordnet ist. Da ein Drei-Wege-Kataly­ sator bei einem Rohabgas mit einem bestimmten Lambda-Wert λo optimale katalytische Eigenschaften zeigt, sollte der vorbe­ stimmte Mittelwert bzw. der λo zugeordnete Wert auch tatsäch­ lich λo entsprechen. Je nach Katalysator kann der Lambda-Wert λo für optimale Katalysatorwirkung leicht von Lambda = 1 ab­ weichen, beispielsweise bei Lambda = 0,99 liegen.
Die dynamischen und statischen Eigenschaften der Lambda-Sonde stromauf des Drei-Wege-Katalysators werden jedoch durch Alte­ rung und Vergiftung verändert. Dadurch wird die Lage des λo entsprechenden Signalpegels verschoben. Deshalb ordnet man im Stand der Technik stromab des Drei-Wege-Katalysators eine weitere Lambda-Sonde an, die weniger vergiftungsanfällig ist. Sie dient als Monitorsonde zur Überwachung der katalytischen Umwandlung und ermöglicht eine Feinregulierung des Gemisches, indem der λo zugeordnete Signalpegel der stromauf befindli­ chen Lambda-Sonde so korrigiert wird, daß der für die Konver­ tierung günstigste Lambda-Wert λo immer eingehalten werden kann. Dieses Verfahren wird als Führungs- oder Trimmregelung bezeichnet.
Um die Schadstoffemissionen moderner Brennkraftmaschinen wei­ ter zu vermindern, kann zusätzlich zu dem Drei-Wege-Katalysa­ tor ein NOx-Katalysator vorgesehen werden. Dieser NOx-Kataly­ sator kann auch in den Drei-Wege-Katalysator integriert sein. Zum optimalen Betrieb eines solchen Katalysators, der z. B. ein Speicherkatalysator sein kann, welcher in einem Betriebs­ zustand NOx speichert und in einem anderen Betriebszustand der Brennkraftmaschine das gespeicherte NOx konvertiert, ist ein NOx-sensitiver Meßaufnehmer, vorzugsweise stromab des NOx-Katalysators vorhanden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Abgasreinigung einer Brennkraftmaschine dahingehend zu vereinfachen, daß auf die separate, stromab des Katalysators angeordnete Lambda- Sonde verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Hauptansprüche 1 und 5 gelöst.
Erfindungsgemäß wird stromab des Drei-Wege-Eigenschaften zei­ genden Katalysators ein Meßaufnehmer vorgesehen, der die NOx- Konzentration im Abgas erfaßt. Zwischen der NOx-Konzentration und dem Lambda-Wert ist ein Zusammenhang gegeben, der zur Korrektur des λo zugeordneten Signalpegels der stromauf des Katalysators gelegenen Sonde verwendet wird. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß das Signal des Meßaufnehmers nahe dem λo zugeordneten Wert bei der Lambda = 1 entsprechen­ den NOx-Konzentration lediglich ein lokales Minimum aufweist, wenn der die NOx-Konzentration erfassende Meßaufnehmer eine Querempfindlichkeit gegen NH3 zeigt. Dies ist z. B. bei be­ kannten sauerstoffionenleitenden Festkörperelektrolytmeßauf­ nehmern der Fall, die eine Meßzelle haben, in der eine Lambda = 1 entsprechende Sauerstoffkonzentration eingestellt wird. Somit erlaubt eine solche Messung des Zusammenhangs keine eindeutige Zuordnung einer NOx-Konzentration zu einem Lambda- Wert, insbesondere keine eindeutige Zuordnung des nahe Lambda = 1 liegenden Lambda-Wertes λo zu einem Wert des Ausgangs­ signals des Meßaufnehmers.
Erfindungsgemäß wird deshalb zur Trimmregelung zusätzlich ein internes Signal des Meßaufnehmers herangezogen, das bei Lambda = 1 einen Vorzeichenwechsel zeigt. Anhand des Vorzei­ chens diesen internen Signals kann das die NOx-Konzentration wiedergebende Ausgangssignal eindeutig einem Lambda-Wert zu­ geordnet werden, da der Bereich Lambda < 1 von Lambda < 1 un­ terschieden werden kann, obwohl das Ausgangssignal des Meß­ aufnehmers alleine diese Unterscheidung nicht zuläßt, da es bei Lambda = 1 lediglich ein lokales Minimum hat.
Somit kann ohne Einsatz einer separaten, stromab des Kataly­ sators angeordneten Lambda-Sonde eine Trimmregelung erfolgen und sichergestellt werden, daß der Katalysator im Bereich op­ timaler Lambda-Werte, d. h. bei λo mit maximaler Konvertie­ rungsrate betrieben wird.
Gegenüber der Verwendung einer separaten, stromab des Kataly­ sators angeordneten Lambda-Sonde zur Trimmregelung ergibt sich darüber hinaus aufgrund der großen Steilheit der NOx- Konzentration im Bereich Lambda < 1 und der Steilheit der durch die NH3-Querempfindlichkeit geprägten Kennlinie im Be­ reich Lambda < 1 in Verbindung mit der Ausnutzung des inter­ nen Signals eine erhöhte Genauigkeit der Trimmregelung. Ge­ genüber der nicht vorveröffentlichten, prioritätsälteren deutschen Patentanmeldung DE 198 19 461.7 der Anmelderin er­ gibt sich darüber hinaus der Vorteil, daß ein Abdriften des Gemisches der Brennkraftmaschine ins Fette und damit des Lambda-Wertes des Abgases zu Werten Lambda < 1 leichter er­ kennen läßt. Dies wird dadurch erreicht, daß die Querempfind­ lichkeit des Meßaufnehmers gegenüber NH3 im fetten Abgas be­ wußt ausgenutzt wird und das interne Signal zusätzlich zum die NOx-Konzentration anzeigenden Ausgangssignal des Meßauf­ nehmers verwendet wird.
Vorteilhafterweise wird als NOx-Meßaufnehmer ein Dickschicht- Meßaufnehmer verwendet. Ein solcher Meßaufnehmer ist in der Veröffentlichung N. Kato et al., "Performance of Thick Film NOx Sensor on Diesel and Gasoline Engines", Society of Auto­ motive Engineers, Veröffentlichung 970858, 1997, beschrieben. Dieser Meßaufnehmer weist zwei Meßzellen auf und besteht aus einem Sauerstoffionen-leitenden Zirkoniumoxid. Er verwirk­ licht folgendes Meßkonzept: In einer ersten Meßzelle, der das zu messende Gas über eine Diffusionsbarriere zugeführt wird, wird mittels eines ersten Sauerstoff-Ionen-Pumpstroms eine erste Sauerstoffkonzentration eingestellt, wobei keine Zer­ setzung von NOx stattfindet. In einer zweiten Meßzelle, die über eine Diffusionsbarriere mit der ersten Meßzelle verbun­ den ist, wird der Sauerstoffgehalt mittels eines zweiten Sau­ erstoff-Ionen-Pumpstroms weiter abgesenkt und NOx an einer Meßelektrode zersetzt. Der so erzeugte Sauerstoff wird als Maß für die NOx-Konzentration erfaßt.
Bei einem solchen Meßaufnehmer kann der erste Sauerstoff- Ionen-Pumpstrom als das interne Signal herausgeführt werden.
Der Einsatz eines NOx-Meßaufnehmers für die Trimmregelung ist besonders dann vorteilhaft, wenn ein derartiger Meßaufnehmer zur Regelung eines NOx-Katalysators ohnehin vorhanden ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei­ spiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm mit dem Zusammenhang zwischen Lambda- Wert und NOx-Konzentration im Abgas einer Brennkraft­ maschine stromab eines Drei-Wege-Katalysators,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit ei­ ner Abgasreinigungsanlage und
Fig. 3 ein Diagramm, das für verschiedene Breitband-Lambda- Sonden den angezeigten Lambda-Wert als Funktion des tatsächlichen Lambda-Wertes zeigt.
Fig. 4 eine schematische Schnittdarstellung eines die NOx- Konzentration erfassenden Meßaufnehmers, und
Fig. 5 ein Diagramm ähnlich der der Fig. 1 für den Meßauf­ nehmer der Fig. 4, der eine Querempfindlichkeit gegen NH3 zeigt.
Die Erfindung betrifft die Reinigung des Abgases einer Brenn­ kraftmaschine mittels einer Abgasreinigungsanlage, wie sie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist. Es kann sich dabei um eine gemischansaugende oder direkteinspritzende Brennkraftma­ schine handeln. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 20 der Fig. 2 wird von einem Betriebssteuergerät 25 gesteuert. Ein Kraftstoffzufuhrsystem 21, das z. B. als Einspritzanlage aus­ gebildet sein kann, wird über nicht näher bezeichnete Leitun­ gen vom Betriebssteuergerät 25 angesteuert und sorgt für die Kraftstoffzuteilung der Brennkraftmaschine 20. In deren Ab­ gastrakt 27 befindet sich ein Drei-Wege-Katalysator 22, der auch eine NOx-reduzierende Funktion hat, für deren Regelung ein NOx-Meßaufnehmer 24 vorgesehen ist. Natürlich können auch separate Katalysatoren verwendet werden, z. B. ein NOx- Speicherkatalysator und ein Drei-Wege-Katalysator. Der Drei- Wege-Katalysator 22 hat bei einem Lambda-Wert λo optimale Wirkung. λo kann je nach Katalysator zwischen 0,99 und 1 lie­ gen.
Zum Betrieb des Drei-Wege-Katalysators 22 ist stromauf davon eine Breitband-Lambda-Sonde 23 vorgesehen, die ihre Meßwerte über nicht näher bezeichnete Leitungen an das Betriebssteuer­ gerät 25 abgibt. Es werden dem Betriebssteuergerät 25 ferner die Meßwerte weiterer Meßaufnehmer, insbesondere für die Drehzahl, Last, Katalysatortemperatur usw. zugeführt. Mit Hilfe dieser Meßwerte steuert das Betriebssteuergerät 25 den Betrieb der Brennkraftmaschine 20.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine 20 erfolgt in einer Be­ triebsart so, daß das den Sauerstoffgehalt im Rohabgas anzei­ gende Signal der Lambda-Sonde 23 im Mittelwert einem vorbe­ stimmten Signalpegel entspricht. Bei einer normalen, voll funktionsfähigen Lambda-Sonde 23 entspricht dieser Signalpe­ gel λo im Abgas, also dem Lambda-Wert, bei dem der Katalysa­ tor 22 optimale Wirkung zeigt.
Der Lambda-Wert im Abgas einer Brennkraftmaschine ist mit der NOx-Konzentration verknüpft, solange keine NOx-speichernde Aktivität im Abgastrakt stattfindet. Dieser Zusammenhang ist in Fig. 1 dargestellt. Dort ist auf der x-Achse der Lambda- Wert und auf der y-Achse die NOx-Konzentration aufgetragen. Wie zu sehen ist, steigt die NOx-Konzentration bei Gemischab­ magerung (Lambda < 1) stark an und nimmt bei fettem Gemisch (Lambda < 1) gleichmäßig geringe Werte an. Aufgrund des fla­ chen Verlaufs der NOx-Konzentration im Bereich des Katalysa­ torfensters, das durch die zwei senkrechten, gestrichelten Linien in Fig. 1 veranschaulicht ist, ist eine Auswertung des NOx-Konzentration anzeigenden Signals des Meßaufnehmers 24 für Werte Lambda < 1 nicht oder sehr erschwert möglich. In der Regel ist nur eine einseitige Regelung in der Lage, das Abdriften des Lambda-Wertes in Richtung fettes Gemisch (Lambda < 1) zuverlässig zu verhindern.
Die meisten NOx-Meßaufnehmer weisen jedoch eine Querempfind­ lichkeit gegen NH3 auf. Dies gilt insbesondere für Dick­ schicht-Festkörperelektrolyt-Meßaufnehmer mit Nernstmeßzel­ len. Als Meßaufnehmer 24 wird ein solcher Meßaufnehmer ver­ wendet.
In Fig. 4 ist ein Schnitt durch diesen NOx-Meßaufnehmer schematisch dargestellt. Er wird in der in Fig. 2 dargestell­ ten Vorrichtung als Meßaufnehmer 24 zur Bestimmung der NOx- Konzentration im Abgastrakt 27 der Brennkraftmaschine 20 ver­ wendet. Der Meßaufnehmer 24 besteht aus einem Festkörperelek­ trolyten 2, der von dem zu messenden Abgas umgeben ist und mit einem Heizer 13 beheizt wird. Das Abgas diffundiert durch eine Diffusionsbarriere 3 in eine erste Meßzelle 4. Der Sau­ erstoffgehalt in dieser Meßzelle 4 wird mittels einer ersten Nernstspannung V0 zwischen einer ersten Elektrode 5 und einer Umgebungsluft ausgesetzten Referenzelektrode 11 gemessen. Da­ bei ist die Referenzelektrode 11 in einem Luftkanal 12 ange­ ordnet, in den über eine Öffnung 14 Umgebungsluft gelangt. Beide Elektroden sind herkömmliche Platinelektroden. Der Meß­ wert der ersten Nernstspannung V0 wird dazu verwendet, eine Stellspannung Vp0 einzustellen. Die Stellspannung Vp0 treibt einen ersten Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip0 durch den Fest­ körperelektrolyten 2 zwischen der ersten Elektrode 5 und ei­ ner Außenelektrode 6. Der durch eine gestrichelte Linie dar­ gestellte Regeleingriff der ersten Nernstspannung V0 auf die Stellspannung Vp0 hat zur Folge, daß der erste Sauerstoff- Ionen-Pumpstrom Ip0 so geregelt wird, daß in der ersten Meß­ zelle 4 eine vorbestimmte erste Sauerstoffkonzentration vor­ liegt.
Die erste Meßzelle 4 ist mit einer zweiten Meßzelle 8 über eine weitere Diffusionsbarriere 7 verbunden. Durch diese Dif­ fusionsbarriere 7 diffundiert das in der Meßzelle 4 vorhande­ ne Gas. Die zweite Sauerstoffkonzentration in der zweiten Meßzelle 8 wird wiederum über eine zweite Nernstspannung V1 zwischen einer zweiten Elektrode 9, die ebenfalls eine Plati­ nelektrode ist, und der Referenzelektrode 11 gemessen und zur Regelung eines zweiten Sauerstoff-Ionen-Pumpstroms Ip1 ver­ wendet. Der zweite Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip1 aus der er­ sten Meßzelle 4 verläuft von der zweiten Elektrode 9 durch den Festkörperelektrolyten 2 zur Außenelektrode 6. Mit Hilfe der zweiten Nernstspannung V1 wird er so geregelt, daß in der zweiten Meßzelle 8 eine vorbestimmte geringe, zweite Sauer­ stoffkonzentration vorliegt. Das von den bisherigen Vorgängen in den Meßzellen 4 und 8 nicht betroffene NOx wird nun an der Meßelektrode 10, die katalytisch wirksam ausgestaltet ist, unter Anlegen der Spannung V2 zwischen der Meßelektrode 10 und der Referenzelektrode 11 zersetzt und der freigewordene Sauerstoff durch den Festkörperelektrolyten 2 in einem drit­ ten Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip2 zur Referenzelektrode 11 hin gepumpt. Dieser dritte Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip2 wird bei ausreichend geringem Restsauerstoffgehalt an der Me­ ßelektrode 10 nur von Sauerstoffionen getragen, die aus der Zersetzung von NOx stammen. Der Strom Ip2 ist somit ein Maß für die NOx-Konzentration in der Meßzelle 8 und somit im zu messenden Abgas und stellt das Ausgangssignal des Meßaufneh­ mers 24 dar.
Bei diesem gegenüber NH3 querempfindlichen NOx-Meßaufnehmer 24 kommt es jedoch in der ersten Meßzelle 4 zur Umwandlung von NH3 in NOx, wobei O2 aus der Meßzelle verbraucht wird. So­ mit fällt die erste Nernstspannung V0 wegen dieser Verminde­ rung des Sauerstoffgehaltes in der ersten Meßzelle 4 größer aus als dem Sauerstoffgehalt und damit dem Lambda-Wert im Ab­ gas entspricht. Dementsprechend ist der Betrag des Pumpstro­ mes Ip0 erhöht, wenn NH3 im Abgas vorhanden ist. Da NH3 im Abgas vor allem bei fettem Gemisch vorhanden ist, zeigt der Meßaufnehmer 24 aufgrund dieser Querempfindlichkeit gegen NH3 für Lambda-Werte < 1 ein Ausgangssignal, das gegenüber dem eines nicht querempfindlichen Meßaufnehmers erhöht ist. Die sich so ergebende Kennlinie ist in Fig. 5 dargestellt.
Wie zu sehen ist, weist die Kurve der Fig. 5 bei Lambda = 1 ein Minimum auf. Zu fettem Gemisch hin steigt sie aufgrund der NH3-Querempfindlichkeit. Zu magerem Gemisch hin steigt sie aufgrund der im Mageren sprunghaft ansteigenden NOx- Konzentration.
Da die Sauerstoffkonzentration in der ersten Meßzelle 4 über die Nernstspannung V0 gemessen wird und mittels des Sauer­ stoff-Ionen-Pumpstroms Ip0 bzw. dessen Stellspannung Vp0 auf eine vorbestimmte erste Sauerstoffkonzentration geregelt wird, die Lambda = 1 im Abgas entspricht, ändert sich bei Lambda = 1 das Vorzeichen von Ip0 aus folgenden Gründen: Hat das Abgas einen Lambda-Wert < 1, bewirkt die Stellspannung Vp0 einen Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip0 dahingehend, daß die erste Sauerstoffkonzentration in der ersten Meßzelle 4 Lambda = 1 entspricht; es fließt also ein Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom von der im Luftkanal 12 befindlichen Referenzelektrode 11 in die erste Meßzelle 4 zur ersten Elektrode 5. Liegt dagegen der Lambda-Wert des Abgases über 1, bewirkt die Stellspannung Vp0 einen Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip0 in entgegengesetzter Richtung, d. h. mit anderem Vorzeichen. Der erste Sauerstoff- Ionen-Pumpstrom Ip0 ändert also bei Lambda = 1 sein Vorzei­ chen.
Die Trimmregelung ist somit folgendermaßen realisiert: Der NOx-Meßaufnehmer 24 erfaßt die NOx-Konzentration im Abgas stromab des Katalysators 22. Das Ausgangssignal sowie der Sauerstoff-Ionen-Pumpstrom Ip0 wird an einen Trimmregler 26 geleitet, der ein eigenständiges Gerät oder im Betriebssteu­ ergerät 25 vorgesehen sein kann. Um den λo zugeordneten Si­ gnalpegel der Lambdasonde 23, wie nachfolgend beschrieben wird, feinzujustieren und Veränderungen der Lambda-Sonde 23 auszugleichen, wird das Gemisch der Brennkraftmaschine auf einen speziellen Wert der NOx-Konzentration geregelt. Da das Ausgangssignal des Meßaufnehmers 24 bei Lambda = 1 jedoch nur ein lokales Minimum aufweist, muß zusätzlich der erste Sauer­ stoff-Ionen-Pumpstrom Ip0 des Meßaufnehmers 24 aufgewertet werden, um zu unterscheiden, ob ein Ausgangssignäl des NOx- Meßaufnehmers 24 dem Bereich Lambda < 1 oder dem Bereich Lambda < 1 zuzuordnen ist. Das Vorzeichen dieses internen Si­ gnals zeigt dies eindeutig an. Die Auswertung ist dadurch er­ leichtert bzw. möglich, daß der Betrag des Pumpstroms Ip0 aufgrund der NH3-Querempfindlichkeit bei fettem Gemisch er­ höht ist, wodurch Rauschanteile des Pumpstroms Ip0 vernach­ lässigbar werden.
Der Trimmregler 26 erkennt dann eine z. B. alterungsbedingte Verschiebung des λo zugeordneten Signalpegels der Lambda- Sonde 23 und gleicht sie aus, so daß sichergestellt ist, daß die Brennkraftmaschine 20 vom Betriebssteuergerät 25 so gere­ gelt wird, daß der Lambda-Wert des Rohabgases im Abgastrakt 27 stromauf des Katalysators 22 im Mittel dem gewünschten Wert λo entspricht.
In Fig. 3 ist die Wirkung der Trimmregelung auf den Signal­ verlauf der Breitband-Lambda-Sonde 23 dargestellt. Die durch­ gezogene Linie 17 entspricht einer idealen Sonde, bei der der angezeigte Lambda-Wert immer dem tatsächlichen Lambda-Wert entspricht. Eine gealterte Lambda-Sonde zeigt beispielsweise die in Fig. 3 enger gestrichelte Kurve 16. Diese Lambda-Sonde zeigt zu hohe Lambda-Werte an und hat darüber hinaus eine verringerte Empfindlichkeit. Durch die Trimmregelung kann nun die Kurve 16 so korrigiert werden, daß das Signal der geal­ terten Lambda-Sonde 23 dem einer Sonde mit Kurve 15 ent­ spricht, die der idealen Kurve 17 um λo bzw. Lambda = 1 herum sehr nahekommt.
Während nach dem Stand der Technik eine Lambda-Sonde stromab des Katalysators 22 erforderlich wäre, um den Lambda-Wert im behandelten Abgas nach dem Katalysator 22 zu erfassen und da­ mit das Gemisch so einzustellen, daß das Rohabgas möglichst den Wert λo hat, kann erfindungsgemäß auf diese Lambda-Sonde verzichtet werden und stattdessen der NOx-Meßaufnehmer 24 verwendet werden.

Claims (9)

1. Verfahren zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftma­ schine mit einem im Abgastrakt angeordneten Drei-Wege- Eigenschaften zeigenden Katalysator und einer stromauf des Katalysators angeordneten Lambda-Sonde, bei dem
  • 1. die Regelung des Betriebs der Brennkraftmaschine so er­ folgt, daß der Lambda-Wert des Rohabgases an der Lambda- Sonde vorbestimmte Werte annimmt, wobei ein bestimmter Si­ gnalpegel der Lambda-Sonde einem Lambda-Wert λo zugeordnet ist, der nahe Lambda = 1 liegt,
  • 2. in einer Trimmregelung die Konzentration einer Abgaskompo­ nente stromab des Drei-Wege-Eigenschaften zeigenden Kataly­ sators mittels eines weiteren Meßaufnehmers gemessen wird und
  • 3. in Abhängigkeit hiervon der λo zugeordnete Signalpegel kor­ rigiert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
  • 1. als weiterer Meßaufnehmer ein NOx-Meßaufnehmer (24) verwen­ det wird, der
    • 1. die NOx-Konzentration im Abgas erfaßt, wobei ein Zusam­ menhang zwischen NOx-Konzentration im Abgas und Lambda- Wert des Abgases derart gegeben ist, daß für Lambda- Werte < 1 die NOx-Konzentration im Abgas und damit das Ausgangssignal des Meßaufnehmers stark ansteigt,
    • 2. eine Querempfindlichkeit gegen NH3 zeigt, so daß für Lambda-Werte < 1 das Ausgangssignal des Meßaufnehmers (24) ebenfalls ansteigt, und
    • 3. ein internes Signal hat, das bei Lambda = 1 einen Vor­ zeichenwechsel aufweist, und
  • 2. unter Ausnutzung des Zusammenhangs zwischen NOx- Konzentration im Abgas und Lambda-Wert des Abgases mit Hil­ fe des Ausgangssignals und des internen Signals des Meßauf­ nehmers (24) eine Korrektur des λo zugeordneten Signalpe­ gels erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der NOx-Meßaufnehmer (24) dazu dient, einen im Abgastrakt ange­ ordneten, NOx-reduzierenden oder -speichernden Katalysator (22) zu regeln.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch so geregelt wird, daß das Ausgangssignal des NOx-Meßaufnehmers (24) eine λo entsprechende, vorbestimmte NOx-Konzentration anzeigt und das Vorzeichen des internen Si­ gnals ausgewertet wird, um das Ausgangssignal einem Bereich entsprechend Lambda < 1 und einen Bereich entsprechend Lambda < 1 zuzuordnen.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das interne Signal ein Pumpstrom einer Sau­ erstoff-Meßzelle des Meßaufnehmers (24) ist, mit dem die Sau­ erstoffkonzentration in dieser Meßzelle auf einen Wert ent­ sprechend Lambda = 1 eingestellt wird.
5. Vorrichtung zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftma­ schine (20) mit:
  • 1. einem im Abgastrakt (27) angeordneten, Drei-Wege- Eigenschaften zeigenden Katalysator (22),
  • 2. einer stromauf des Katalysators (22) angeordneten Lambda- Sonde (23),
  • 3. einem Betriebssteuergerät (25, 26), das den Betrieb der Brennkraftmaschine (20) so steuert, daß das Abgas an der Lambda-Sonde (23) vorbestimmte Lambda-Werte annimmt, wobei ein bestimmter Signalpegel der Lambda-Sonde (23) einem Lambda-Wert λo zugeordnet ist, der nahe Lambda = 1 liegt, und
  • 4. einem stromab des Katalysators (22) angeordneten weiteren Meßaufnehmer (24), der die Konzentration einer Abgaskompo­ nente erfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Meßaufnehmer ein NOx-Meßaufnehmer (24) ist, der
  • 1. die NOx-Konzentration im Abgas erfaßt, wobei ein Zusammen­ hang zwischen NOx-Konzentration im Abgas und Lambda-Wert des Abgases derart gegeben ist, daß für Lambda-Werte < 1 die NOx-Konzentration im Abgas und damit das Ausgangssignal des Meßaufnehmers (24) stark ansteigt,
  • 2. eine Querempfindlichkeit gegen NH3 zeigt, so daß für Lambda-Werte < 1 das Ausgangssignal des Meßaufnehmers (24) ebenfalls ansteigt,
  • 3. ein internes Signal (Ip0) hat, das bei Lambda = 1 einen Vorzeichenwechsel aufweist, und
  • 4. der mit dem Betriebssteuergerät (25, 26) so verbunden ist, daß diesem das Ausgangssignal und das interne Signal (Ip0) zugeführt werden, so daß das Betriebssteuergerät (25, 26) unter Ausnutzung des Zusammenhangs zwischen NOx- Konzentration im Abgas und Lambda-Wert des Abgases mit Hil­ fe des Ausgangssignals und des internen Signals (Ip0) des Meßaufnehmers (24) eine Korrektur des λo zugeordneten Si­ gnalpegels vornimmt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (24) aufweist: eine erste Meßzelle (4) in die ein Teil des Abgases eingeführt wird und in der eine Sau­ erstoffkonzentration mittels eines Sauerstoff-Ionen- Pumpstroms (Ip0) eingeregelt wird, wobei der Sauerstoff- Ionen-Pumpstrom (Ip0) das interne Signal ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer (24) eine zweite Meßzelle (8) aufweist, die mit der ersten Meßzelle (4) verbunden ist und in der eine zweite Sauerstoffkonzentration eingeregelt wird, wobei die NOx-Konzentration mit einer Meßelektrode (10) in der zweiten Meßzelle (8) gemessen wird.
8. Vorrichtung nach einem der vorherigen Vorrichtungsansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Betriebsteuergerät (25, 26) eine Vorzeichenauswertungseinheit aufweist, der das in­ terne Signal (Ip0) zugeführt wird und die am Ausgang anzeigt, ob das einem Lambda-Wert zuzuordnende Ausgangssignal dem Be­ reich mit Lambda < 1 oder dem Bereich mit Lambda < 1 zuzuord­ nen ist.
9. Vorrichtung oder Verfahren nach einem der vorherigen An­ sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß λo ein Lambda-Wert zwi­ schen 0,99 und 1 ist.
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