DE3500594C2

DE3500594C2 - Metering system for an internal combustion engine to influence the operating mixture

Info

Publication number: DE3500594C2
Application number: DE3500594A
Authority: DE
Inventors: Bernward Dr Ing Boening; Rainer Bone; Rudolf Nagel; Wilfried Tuleweit; Bernhard Zeilinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-01-10
Filing date: 1985-01-10
Publication date: 1995-08-17
Anticipated expiration: 2005-01-11
Also published as: JPS61185634A; JPH0735744B2; DE3500594A1

Description

State of the art

Die Erfindung geht aus von einen Zumeßsystem für eine Brenn kraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention is based on a metering system for a burner Engine according to the type of the main claim.

Aus der DE-PS 22 16 705 ( US-PS 38 27 237 R. 825) ist bereits eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Entgif ten der Abgase einer Brennkraftmaschine, in deren Abgas leitung Reaktoren zur Oxydation und Reduktion in Reihen schaltung angeordnet sind, bekannt, bei dem mit einem Tem peraturregelkreis die Reaktortemperatur und mit Hilfe ei nes Lambda-Regelkreises das Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff geregelt wird.From DE-PS 22 16 705 (US-PS 38 27 237 R. 825) already a device and a method for detoxification ten of the exhaust gases of an internal combustion engine, in the exhaust gas Line reactors for oxidation and reduction in rows are arranged circuit known in which with a tem temperature control loop the reactor temperature and with the help of egg Lambda control loop the mass ratio of air to Fuel is regulated.

Mit diesem Verfahren wird einerseits ein schnelles Errei chen der Betriebstemperatur der Reaktoren im Warmlauf und andererseits ein sicheres Halten der Betriebstemperatur der Reaktoren auch bei niedrigen Außentemperaturen erreicht. Darüber hinaus soll dieses Verfahren einen möglichst gerin gen Kraftstoffverbrauch bei schadstoffarmen Abgasen gewähr leisten. With this procedure, on the one hand, it is easy to achieve Chen the operating temperature of the reactors during warm-up and on the other hand a safe maintenance of the operating temperature the reactors are reached even at low outside temperatures. In addition, this procedure is intended to get as little as possible guarantee fuel consumption for low-emission exhaust gases Afford.

Aus der US 4,235,204 ist ein Zumeßsystem bekannt, das mit je einer strömungsmäßig vor und hinter dem Katalysator angeordneten Sauerstoffsonde arbeitet. Die Signale beider Sonden beeinflussen über Regelfunktionen mit verschiedenen Zeitkonstanten die Gemischzusammensetzung, wobei das Signal der vorderen Sonde mit einer vergleichsweise kleinen Zeitkonstante verarbeitet wird und das Signal der hinteren Sonde mit einer vergleichsweisen großen Zeitkonstante verarbeitet wird.From US 4,235,204 a metering system is known, each with one upstream and downstream of the catalytic converter arranged oxygen probe works. The signals from both Probes influence with different control functions Time constants the mixture composition, the signal the front probe with a comparatively small one Time constant is processed and the signal of the rear Probe with a comparatively large time constant is processed.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Zumeßsystem für Brennkraftmaschinen mit je einer Abgassonde vor und nach dem Katalysator weiter zu verbessern, so daß die Schadstoffemissionen der Brennkraftmaschine in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine solche Werte annehmen, die den heutigen und in naher Zukunft zu erwartenden gesetzlichen Auflagen gerecht werden oder dies noch übertreffen.It is the object of the invention to provide a metering system for internal combustion engines with one exhaust gas probe each before and after the catalyst to improve further, so that the pollutant emissions of the internal combustion engine in all Operating ranges of the internal combustion engine such values assume that today and in the near future too expected legal requirements or this still surpass.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der beiden nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 gelöst.This task is accomplished through the objects of the two independent claims 1 and 2 solved.

Advantages of the invention

Mit dem erfindungsgemäßen Zumeßsystem für eine Brennkraftma schine läßt sich die Schadstoffemission einer Brennkraftma schine bei der Vielzahl der vorkommenden Betriebsbedingun gen enorm reduzieren. Durch die Verwendung von zwei Abgas meßsonden vor und hinter dem Abgaskatalysator und einer Verarbeitung der Abgasmeßsonden-Signale durch Regelalgo rithmen verschiedener Regelzeitkonstanten ergibt sich eine hohe Regelfrequenz und eine derartige Regelamplitude, daß darüber hinaus auch ein optimaler Konvertierungsgrad des Katalysators gewährleistet ist. With the metering system according to the invention for an internal combustion engine The pollutant emission of an internal combustion engine can be machined seem with the multitude of operating conditions reduce enormously. By using two exhaust gases measuring probes in front of and behind the catalytic converter and one Processing of the exhaust gas probe signals by control algo of different control time constants results in a high control frequency and such a control amplitude that in addition, an optimal degree of conversion of the Catalyst is guaranteed.

Mit der Anordnung der zweiten Abgasmeßsonde hinter dem Ab gaskatalysator ist eine Mehrfachausnutzung des Sondensignals dieser Abgasmeßsonde möglich. Anhand dieses Signals ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Überwachungsmöglichkeit der Funktionsweise des Katalysators.With the arrangement of the second exhaust gas probe behind the Ab gas catalyst is a multiple use of the probe signal this exhaust gas probe possible. Based on this signal results a monitoring possibility of the How the catalyst works.

Weitere Vorteile der Erfindung und zweckmäßige Ausgestal tungen der Erfindung ergeben sich in Verbindung mit den Unteransprüchen aus der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels.Further advantages of the invention and practical Ausgestal tions of the invention result in connection with the Subclaims from the following description of the Embodiment.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the drawing shown and in the following description explained. Show it:

Fig. 1 Schadstoffkonzentration im Abgas mit und ohne katalytische Abgasnachbehandlung in Abhängigkeit von der Luftzahl Lambda Fig. 1 pollutant concentration in the exhaust gas with and without catalytic exhaust aftertreatment depending on the air ratio lambda

a) Emission of O₂ before and after the catalyst
b) HC emissions before and after the catalytic converter
c) emission of NO x before and after the catalyst
d) emission of CO before and after the catalyst
e) Gating enlargement of the O₂ emission according to Kata lysator
f) Increase in the gating of the HC emission according to Kata lysator
g) gate enlargement of the NO x emission after catalyst
h) Increase in gates of CO emissions according to Kata lysator,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem zeitlichen Verhalten ei ner in einem Kraftfahrzeug eingebauten Brennkraft maschine Fig. 2 shows a section of the temporal behavior egg ner internal combustion engine installed in a motor vehicle

a) Speed of the motor vehicle
b) speed of the internal combustion engine
c) allocated amount of fuel
d) oxygen content in the exhaust gas upstream of the catalytic converter
e) Lambda air ratio (calculated) before the catalytic converter
f) Oxygen content in the exhaust gas after the catalytic converter
g) air ratio lambda (calculated) after the catalytic converter,

Fig. 3 ein Zeitdiagramm der Drehzahl der Brennkraftmaschine, der Lambda-Sonden-Spannung vor dem Katalysator sowie der Lambda-Sonden-Spannung nach dem Katalysator, Fig. 3 is a timing diagram of the speed of the internal combustion engine, the lambda probe voltage before the catalytic converter and the lambda probe voltage after the catalyst,

Fig. 4 ein Blockschaltbild der einzigen Ausführungsform, Fig. 4 is a block diagram of one embodiment,

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Funktions weise der Ausführungsform der Fig. 4. Fig. 5 is a flowchart for explaining the function of the embodiment of Fig. 4.

Description of the embodiment

Durch geeignete Nachbehandlung der Abgase der Brennkraft maschine kann der Schadstoffanteil erheblich verringert werden. Ein Verfahren zur Verminderung der Schadstoffe im Abgas besteht in der Verwendung eines Abgaskatalysators nach dem Einbettverfahren, bei dem alle drei Schadstoffkomponenten - Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (CH) und Stickoxide (NO_x) - in hohem Maß abgebaut werden. Voraussetzung für die ses Verfahren ist, daß die Brennkraftmaschine ausreichend exakt mit einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben wird. Bei einer solchen Gemischzusammensetzung wird ein Optimum zwischen den Größen Schadstoffemission, Kraftstoffverbrauch und Fahrverhalten erreicht. The proportion of pollutants can be considerably reduced by suitable aftertreatment of the exhaust gases of the internal combustion engine. One method of reducing the pollutants in the exhaust gas is to use a catalytic converter according to the embedding process, in which all three pollutant components - carbon monoxide (CO), hydrocarbons (CH) and nitrogen oxides (NO _x ) - are broken down to a high degree. The prerequisite for this method is that the internal combustion engine is operated with sufficient accuracy with a stoichiometric air-fuel mixture. With such a mixture composition, an optimum is achieved between the quantities of pollutant emissions, fuel consumption and driving behavior.

Die zulässige Variation des Lambda-Wertes für den optimalen Ab bau der drei Schadstoffkomponenten ist dabei derart gering, daß aus Gründen der Genauigkeit anstelle einer gesteuerten Gemischzumessung ein geschlossener Regelkreis erforderlich wird. Als Meßfühler für einen derartigen Regelkreis können verschiedene Abgasmeßsonden, beispielsweise Sauerstoffsonden (Lambda-Sonden), CO-Sonden oder auch NO_x-Sonden eingesetzt werden.The permissible variation of the lambda value for the optimal construction of the three pollutant components is so small that, for reasons of accuracy, a closed control loop is required instead of a controlled mixture metering. Various exhaust gas measuring probes, for example oxygen probes (lambda probes), CO probes or also NO _x probes, can be used as measuring sensors for such a control circuit.

In den Diagrammen der Fig. 1a, b, c, d ist die Konzentration der drei genannten Schadstoffkomponenten und die O₂-Konzentra tion in Abhängigkeit von der Luftzahl Lambda aufgetragen. Da bei sind jeweils die Emissionswerte vor dem Katalysator und nach dem Katalysator in den einzelnen Diagrammen miteinander verglichen. Es ist zu erkennen, daß ein Minimum an Schadstoff emission dann auftritt, wenn die Luftzahl Lambda einen Wert annimmt, der innerhalb eines Bereiches in der näheren Umgebung von Lambda = 1, 0 liegt. Die Breite dieses Bereiches, für den der Katalysator seine optimale Wirkung entfaltet, erstreckt sich von ca. Lambda = 0,998 bis Lambda = 1,000, was durch die Ausschnittsvergrößerungen der Fig. 1f, g, h veranschaulicht wird. Will man mittels eines Regelkreises ein Verlassen die ses "Katalysatorfensters" vermeiden, so sind an den Regelkreis hohe Anforderungen bezüglich Regelgenauigkeit sowie Regel geschwindigkeit zu stellen. Die Anforderungen an die Regel genauigkeit ergeben sich aus der geringen Breite des Kata lysatorfensters von ca. 2‰ (bezogen auf Lambda = 1), die Anforderungen an die Regelgeschwindigkeit sind zum einen durch die Laufzeiten des Luft-Kraftstoff-Gemisches vom Gemischbild ner durch die Brennkraftmaschine hin zur Abgasmeßsonde und zum anderen durch die instationären Betriebszustände der Brennkraftmaschine, wie sie im praktischen Betrieb auftreten, gegeben. In the diagrams of Fig. 1a, b, c, d, the concentration of the three pollutant components mentioned and the O₂ concentration is plotted as a function of the lambda air ratio. The emission values before and after the catalytic converter are compared in the individual diagrams. It can be seen that a minimum of pollutant emission occurs when the air ratio lambda assumes a value which is within a range in the vicinity of lambda = 1.0. The width of this area, for which the catalytic converter exerts its optimal effect, extends from approximately lambda = 0.998 to lambda = 1,000, which is illustrated by the enlarged sections of FIGS . 1f, g, h. If you want to avoid leaving this "catalyst window" by means of a control loop, then high demands are made on the control loop with regard to control accuracy and control speed. The requirements for the control accuracy result from the narrow width of the catalyst window of approx. 2 ‰ (based on lambda = 1), the requirements for the control speed are due to the running times of the air-fuel mixture from the mixture generator through the Internal combustion engine to the exhaust gas measuring probe and the other by the transient operating states of the internal combustion engine, as they occur in practical operation.

Herkömmliche Konzepte zur Regelung der Zusammensetzung des Betriebsgemisches mittels einer Abgasmeßsonde - wie sie beispielsweise in der eingangs erwähnten Patentschrift be schrieben sind - gelangen insbesondere bei schnellen dyna mischen Änderungen der Betriebsparameter der Brennkraft maschine an die Grenze ihrer Leistungsfähigkeit. Insbeson dere bei sehr raschen Lastwechselvorgängen sind diese Rege lungen nicht mehr in der Lage, das Luft-Kraftstoff-Gemisch auf Werte im Bereich des "Katalysatorfensters" zu regeln, so daß eine erhöhte Abgasemission auftritt.Conventional concepts for regulating the composition of the Operating mixture by means of an exhaust gas measuring probe - like it for example, be in the aforementioned patent are written - especially with fast dyna mix changes in the operating parameters of the internal combustion engine machine to the limit of its performance. In particular This is the case when the load changes are very rapid the air-fuel mixture to regulate values in the area of the "catalyst window", so that an increased exhaust gas emission occurs.

Anhand von Fig. 2 sollen die auftretenden Probleme mittels experimentell ermittelter Fahrkurven verdeutlicht werden. Die verwendete Brennkraftmaschine weist einen herkömmlichen Lambda-Regelkreis mit einer Abgasmeßsonde auf, wobei die zweite Abgasmeßsonde lediglich für Meßzwecke eingesetzt wird. In Fig. 2a, b, c sind in dieser Reihenfolge die Geschwin digkeit v eines Kraftfahrzeuges, die Drehzahl n der Brenn kraftmaschine sowie die der Brennkraftmaschine zugeteilte Kraftstoffmenge Q_K in Abhängigkeit von der Zeit t aufgetra gen. Diese Betriebskenngrößen zeigen das typische Verhalten, wie es im Leerlauf, beim Hochschalten, bei Lastwechsel und im Schubbetrieb auftritt.The problems will be illustrated by means of experimentally determined drive curves with reference to FIG. 2. The internal combustion engine used has a conventional lambda control circuit with an exhaust gas measuring probe, the second exhaust gas measuring probe being used only for measuring purposes. In Fig. 2a, b, c, in this order, the Geschwin speed v of a motor vehicle, the rotational speed n of the internal combustion engine and the t of the internal combustion engine assigned fuel quantity Q _K as a function of time aufgetra gene. These operating characteristics show the typical behavior as it occurs at idle, when shifting up, when changing loads and in overrun.

In Fig. 2d ist der Sauerstoffgehalt im Abgas vor dem nach geschalteten Katalysator aufgetragen. Vor allem in den Fäl len, in denen die Kraftstoffzufuhr unterbrochen ist, steigt der Sauerstoffgehalt im Abgas auf sehr hohe Werte an, zum Teil wesentlich höher als in diesen Diagrammen dargestellt (begrenzter Meßbereich). Dies ist dadurch zu erklären, daß auch im Falle einer Kraftstoffzumessung Q_K = 0 immer noch Luft von der Brennkraftmaschine angesaugt wird und un verbrannt in das Abgassystem gelangt. Der berechnete Verlauf der Luftzahl Lambda, wie er sich in Fig. 2e darstellt, weist ein ähnliches Verhalten auf, wobei die Spitzen für Luftzahl werte Lambda < 1 auf Anreicherungen im Beschleunigungsfall bzw. nach dem Schiebebetrieb zurückzuführen sind. Charakte ristisch für die Kurven der Fig. 2d, e ist eine dem Signal mittelwert überlagerte Regelschwingung (mit einer auf Lambda = 1 bezogenen Amplitude von einigen Prozent), die auf das Zusammenwirken der PI-Charakteristik der Luftzahl-Rege lung und der Gaslaufzeiten durch die Brennkraftmaschine zurück zuführen ist.In Fig. 2d the oxygen content in the exhaust gas before the catalyst is applied after switched. Especially in cases where the fuel supply is interrupted, the oxygen content in the exhaust gas rises to very high values, sometimes much higher than shown in these diagrams (limited measuring range). This can be explained by the fact that even in the case of a fuel metering Q _K = 0, air is still sucked in by the internal combustion engine and reaches the exhaust system uncombusted. The calculated course of the air ratio lambda, as shown in FIG. 2e, has a similar behavior, the peaks for air ratio values lambda <1 being due to accumulations in the event of acceleration or after deceleration. Characteristic for the curves of FIG. 2d, e is a control oscillation superimposed on the signal mean (with an amplitude of a few percent related to lambda = 1), which affects the interaction of the PI characteristic of the air ratio control and the gas transit times through the Feed the internal combustion engine back.

In Fig. 2f, g ist der experimentell ermittelte Sauerstoff- Anteil im Abgas nach dem Katalysator sowie der zugehörige berechnete Lambda-Wert über der Zeit aufgetragen. Aus Fig. 2f ist zum einen ersichtlich, daß der Katalysator die Amplitude der Sauerstoffspitzen verringert und daß zum ande ren der mittlere Sauerstoffrestanteil vor dem Katalysator von ca. 1% (Fig. 2d) nahezu exakt auf Null reduziert wird. Entsprechend wird natürlich auch der berechnete Lambda- Wert gemäß Fig. 2g modifiziert.In Fig. 2f, g of the experimentally determined oxygen content in the exhaust gas after the catalyst and the associated calculated lambda value is plotted against time. From Fig. 2f it can be seen, on the one hand, that the catalyst reduces the amplitude of the oxygen peaks and, on the other hand, that the average residual oxygen content in front of the catalyst is reduced from almost 1% ( FIG. 2d) to almost exactly zero. The calculated lambda value according to FIG. 2g is of course also modified accordingly.

Der wesentliche, von der Erfindung ausgenutzte Unterschied zwischen den Diagrammen 2d, e und 2f, g liegt jedoch darin begründet, daß die dem mittleren Lambda-Wert bzw. Sauerstoff gehalt überlagerte Regelschwingung durch den Katalysator nahezu vollständig gedämpft bzw. weggemittelt wird, solange der Lambda-Wert des Luft-Kraftstoff-Gemischs im "Katalysator fenster" liegt. Dies ist gemäß Fig. 2 immer dann der Fall, wenn stationäre bzw. quasistationäre Betriebsbedingungen vor liegen. Zur Klarstellung sei an dieser Stelle nochmals betont, daß die in Fig. 2 dargestellten Zusammenhänge auf Untersu chungen an einer Brennkraftmaschine zurückgehen, die mit einem herkömmlichen Abgasregelsystem mit einer einzigen Lambda- Sonde vor dem Katalysator ausgerüstet ist. However, the essential difference between the diagrams 2 d, e and 2 f, g used by the invention lies in the fact that the control vibration superimposed on the mean lambda value or oxygen content is almost completely damped or averaged out by the catalytic converter as long as the lambda value of the air-fuel mixture is in the "catalyst window". This is shown in FIG. 2 always the case when stationary or quasi-stationary operating conditions are present. For clarification, it should be emphasized again at this point that the relationships shown in FIG. 2 are due to investigations on an internal combustion engine which is equipped with a conventional exhaust gas control system with a single lambda probe upstream of the catalytic converter.

Fig. 3 zeigt die Ausgangssignale von zwei Lambda-Sonden, die vor bzw. hinter den Katalysator eingebaut wurden und die zugehörige Drehzahl der Brennkraftmaschine. Auch hier dient die hinter dem Katalysator eingebaute Lambda-Sonde ledig lich zu Meßzwecken, während die vor dem Katalysator ange ordnete Lambda-Sonde in bekannter Weise die Eingangssignale für den Abgasregelkreis liefert. Die Meßergebnisse der Fig. 3 liefern eine direkte experimentelle Bestätigung für die Aussage, daß der Katalysator die Regelschwingung des Lambda-Wertes sehr stark dämpft, wenn der mittlere Lambda- Wert des Gemisches im "Katalysatorfenster" liegt. Dies ist in Fig. 3 wiederum dann der Fall, wenn quasistationäre Betriebsbedingungen vorliegen. Für stark dynamische Ände rungen der Betriebsparameter einer Brennkraftmaschine, wie sie im ersten Drittel des aufgetragenen Zeitintervalls vor liegen, wird das "Katalysatorfenster" vorübergehend verlas sen, so daß die Regelschwingung nach dem Katalysator zwar zeitlich verschoben, aber mit etwa gleicher Amplitude auftritt. Fig. 3 shows the output signals of two lambda probes, which were installed before or after the catalytic converter and the associated speed of the internal combustion engine. Here, too, the lambda probe installed behind the catalytic converter serves only for measuring purposes, while the lambda probe arranged in front of the catalytic converter supplies the input signals for the exhaust gas control circuit in a known manner. The measurement results in FIG. 3 provide direct experimental confirmation for the statement that the catalytic converter dampens the control oscillation of the lambda value very strongly when the average lambda value of the mixture lies in the “catalytic converter window”. This is again the case in FIG. 3 when quasi-stationary operating conditions are present. For strongly dynamic changes in the operating parameters of an internal combustion engine, as they are in the first third of the applied time interval, the "catalyst window" is temporarily left so that the control oscillation after the catalyst is shifted in time, but occurs with approximately the same amplitude.

Dieses Verhalten der Luftzahl Lambda nach dem Katalysator läßt sich in vorteilhafter Weise für Regelzwecke, insbeson dere zur Unterdrückung von Langzeitdriften bzw. zur Adaption von Vorsteuerwerten der Luftzahl Lambda einsetzen. Mit der Anordnung von jeweils einer Abgasmeßsonde vor und hinter dem Katalysator und einer Regelung des Betriebsgemisches mit tels der Ausgangssignale beider Abgasmeßsonden wird nicht nur eine Verbesserung der Regeleigenschaften erreicht, sondern es besteht auch die Möglichkeit, die Funktionsweise des Katalysators zu überwachen. Die Signale der zweiten Abgas meßsonde weisen nicht nur dann eine zu den Signalen der ersten Abgasmeßsonde vergleichbare Regelschwingung auf, wenn das "Katalysatorfenster" verlassen wird, sondern natürlich auch dann, wenn der Katalysator funktionsuntüchtig ist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn er noch nicht seine Betriebstemperatur erreicht hat oder wenn er durch die Ver wendung von verbleitem Kraftstoff vergiftet ist. Eine ein fache Meßanordnung zur Funktionsüberwachung und Ausfaller kennung der Katalysatoren vergleicht die Schwingamplituden der beiden Abgasmeßsondensignale und mittelt diese über einen längeren Zeitraum. Dies ist wie bereits erläutert insbesondere bei hochdynamischen Vorgängen notwendig, da dann das "Kata lysatorfenster" verlassen werden kann. Eine exakte Aussage über die Funktion des Katalysators ist daher erst nach einer längeren Mittelwertbildung der Meßwerte möglich. Nimmt die mittlere Amplitude der Lambda-Schwingung hinter dem Katalysa tor wesentlich kleinere Werte als vor dem Katalysator an, so handelt es sich um einen aktiven, funktionstüchtigen Kataly sator. Liegen beide mittleren Schwingamplituden in der glei chen Größenordnung, so ist der Katalysator defekt, hat seine Betriebstemperatur noch nicht erreicht oder das "Katalysator fenster" wurde über längere Zeit verlassen. Natürlich sind zwischen diesen beiden Extremfällen auch differenzierte Aus sagen über den Konvertierungsgrad des Katalysators möglich. Ebenso sind auch aufwendigere Auswerteverfahren, beispiels weise eine Kurzzeit-Kreuzkorrelationsanalyse einsetzbar. Auch für den Werkstattbetrieb, also als nicht fest im Kraftfahr zeug eingebautes System, läßt sich diese Anordnung mit je weils einer Abgasmeßsonde vor und hinter dem Katalysator zur Funktionsüberwachung des Katalysators vorteilhaft ein setzen.This behavior of the lambda air ratio after the catalytic converter can be used in an advantageous manner for control purposes, in particular for the suppression of long-term drifts or for adaptation of pilot values of the air ratio Lambda. With the Arrangement of one exhaust gas probe in front of and behind the Catalyst and a regulation of the operating mixture with tels of the output signals of both exhaust gas probes is not only achieved an improvement in the control properties, but there is also the possibility of how the Monitor catalyst. The signals of the second exhaust measuring probe not only point to the signals of the first exhaust gas measuring probe comparable control vibration, if the "catalyst window" is left, but of course even if the catalytic converter is not functional. This is the case, for example, if it is not yet his Has reached operating temperature or if it is leaded fuel is poisoned. An one Multiple measuring arrangement for function monitoring and failures Knowing the catalysts compares the vibration amplitudes of the two exhaust gas probe signals and averages them over one longer period. As already explained, this is in particular necessary for highly dynamic processes, because then the "Kata lysator window "can be left. An exact statement about the function of the catalyst is therefore only after one longer averaging of the measured values possible. Take that average amplitude of the lambda vibration behind the catalytic converter values much smaller than before the catalytic converter, see above is an active, functional Kataly sator. If both middle vibration amplitudes lie in the same Chen size, the catalyst is defective, has its Operating temperature has not yet been reached or the "catalyst window "was left for a long time. Of course differentiated out between these two extreme cases say about the degree of conversion of the catalyst possible. Likewise, more complex evaluation methods are also, for example a short-term cross-correlation analysis can be used. Also for workshop operation, i.e. not as fixed in motor vehicles Constructed system, this arrangement can be done with because of an exhaust gas probe in front of and behind the catalytic converter advantageous for monitoring the function of the catalyst put.

Anhand von Fig. 4 soll eine Ausführungsform des erfin dungsgemäßen Zumeßsystems näher erläutert werden. Mit 10 ist eine Brennkraftmaschine bezeichnet, der über einen Einlaßkanal 11 die zur Verbrennung des Kraftstoffs erfor derliche Luftmenge zugeführt wird. Im Einlaßkanal 11 ist ein luftmengenmessendes System 12 zur Erfassung der ange saugten Luftmenge Q_L sowie eine Drosselklappe 13 ange bracht. Die Drosselklappe 13 wird über ein Fahrpedal 14 vom Fahrer des mit der Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeugs betätigt. Dabei wird die Stellung α der Drosselklappe 13 bzw. des Fahrpedals 14 von einem nicht dargestellten Sensor erfaßt. Das luftmengenmessende Sy stem 12 wird von einem Bypass 15 überbrückt, dessen Quer schnitt durch ein Stellglied 16 veränderbar ist. Ein wei teres Stellglied 17 mißt der Brennkraftmaschine die für eine optimale Verbrennung erforderliche Kraftstoffmenge Q_K zu. Das Stellglied 17 kann dabei als Vergaser, intermittierendes oder kontinuierliches Einspritzsystem, Einzelzylinder- oder auch Saugrohreinspritzsystem ausgebildet sein.An embodiment of the metering system according to the invention will be explained in more detail with reference to FIG. 4. With 10 , an internal combustion engine is designated, the necessary for the combustion of the fuel required amount of air is supplied via an inlet channel 11 . In the inlet channel 11 , an air volume measuring system 12 for detecting the intake air quantity Q _L and a throttle valve 13 is introduced . The throttle valve 13 is actuated via an accelerator pedal 14 by the driver of the motor vehicle equipped with the internal combustion engine. The position α of the throttle valve 13 or the accelerator pedal 14 is detected by a sensor, not shown. The air volume measuring system 12 is bridged by a bypass 15 , the cross section of which can be changed by an actuator 16 . A further actuator 17 measures the internal combustion engine the amount of fuel Q _K required for optimal combustion. The actuator 17 can be designed as a carburetor, intermittent or continuous injection system, single cylinder or also intake manifold injection system.

Das Abgas der Brennkraftmaschine gelangt durch einen Abgas kanal 18 und einen im Abgaskanal 18 angeordneten Kataly sator 19 ins Freie. Eine erste Abgasmeßsonde 20 ist in Strömungsrichtung gesehen vor dem Katalysator 19 und eine zweite Abgassonde 21 nach dem Katalysator 19 in den Abgas kanal 18 der Brennkraftmaschine 10 eingebracht.The exhaust gas of the internal combustion engine passes through an exhaust duct 18 and a duct 18 arranged in the exhaust Kataly sator 19 to the outside. A first exhaust gas measuring probe 20 is seen in the flow direction before the catalytic converter 19 and a second exhaust gas probe 21 after the catalytic converter 19 is introduced into the exhaust gas channel 18 of the internal combustion engine 10 .

Ein elektronisches Steuergerät 22 weist die Komponenten Zentraleinheit (CPU) 23, Speicher (RAM) 24, Festwertspei cher (ROM) 25, nicht flüchtige Speicher (EEPROM) 26, eine Zeitbasis (Timer) 27 und Ein-Ausgabeeinheiten (I/O) 28, 29, 30, 31 auf. Die genannten Blöcke 23 bis 31 sind über einen Adreß- und Datenbus 32 miteinander verbunden. Die Anzahl und Anordnung der Ein-/Ausgabeeinheiten 28, 29, 30, 31 kann sich von Fall zu Fall ändern und wurde in Fig. 4 durch die Darstellungsform bestimmt. An electronic control unit 22 has the components central unit (CPU) 23 , memory (RAM) 24 , read-only memory (ROM) 25 , non-volatile memory (EEPROM) 26 , a time base (timer) 27 and input / output units (I / O) 28 , 29, 30, 31 on. The blocks 23 to 31 mentioned are connected to one another via an address and data bus 32 . The number and arrangement of the input / output units 28 , 29 , 30 , 31 can change from case to case and was determined in FIG. 4 by the form of representation.

Der Ein-/Ausgabeeinheit 28 werden als Eingangsgrößen ver schiedene Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, ins besondere die Temperatur ϑ, die Drehzahl n, die Bezugs marke (OT) für den oberen Totpunkt, die Drosselklappen stellung α, eine Information über die angesaugte Luft menge bzw. -masse Q_L sowie die Ausgangssignale Lambda₁ der ersten Abgassonde 20 und Lambda₂ der zweiten Abgasmeßsonde 21 zugeführt. Das dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich insbesondere auf Sauerstoffmeßsonden, die auf den Sauer stoffgehalt im Abgas empfindlich sind und eine direkte In formation über die Luftzahl Lambda liefert. Natürlich kann es sich in speziellen Anwendungsfällen als vorteilhaft er weisen, anstelle von Sauerstoffmeßsonden andere Abgasmeßson den, beispielsweise NO_x- oder CO-Meßsonden einzusetzen. Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Messung einer speziel len Abgaskomponente. Auch die spezielle Aufzählung der der Ein-/Ausgabeeinheit 28 zugeführten Betriebskenngrößen kann von Fall zu Fall variiert werden. Wichtig ist alleine, daß die Signale zweier vor und hinter dem Katalysator 19 angeord nete Abgasmeßsonden 20, 21 im elektronischen Steuergerät 22 zur Auswertung und Regelung des Betriebsgemisches herange zogen werden.The input / output unit 28 is used as input variables for various operating parameters of the internal combustion engine, in particular the temperature ϑ, the speed n, the reference mark (TDC) for top dead center, the throttle valve position α, information about the amount of air sucked in or -mass Q _L and the output signals Lambda₁ of the first exhaust gas probe 20 and Lambda₂ of the second exhaust gas probe 21 supplied. The exemplary embodiment shown relates in particular to oxygen measuring probes which are sensitive to the oxygen content in the exhaust gas and which provide direct information about the air ratio lambda. Of course, it can prove to be advantageous in special applications to use other exhaust gas probes, for example NO _x or CO measuring probes, instead of oxygen measuring probes. The invention is not restricted to the measurement of a special exhaust gas component. The specific enumeration of the operating parameters fed to the input / output unit 28 can also be varied from case to case. It is important that the signals of two exhaust gas measuring probes 20 , 21 arranged upstream and downstream of the catalytic converter 19 are used in the electronic control unit 22 for evaluating and regulating the operating mixture.

Die Ein-/Ausgabeeinheit 29 liefert Signale zur Ansteuerung des Stellgliedes 17 für die Kraftstoffzumessung sowie des Stell gliedes 16 für den Luft-Bypass 15. Die Ein-/Ausgabeeinheit 30 dient zur Darstellung von Informationen über den Funktions zustand des Katalysators 19. Diese Informationen können beispielsweise dafür genutzt werden, dem Fahrer mitzutei len, eine Werkstatt aufzusuchen oder gezielt eine Ver schlechterung des Fahrverhaltens der Brennkraftmaschine herbeizuführen, damit der Fahrer nachdrücklich angehalten wird, eine Werkstatt aufzusuchen. Die Ein-/Ausgabeeinheit 31 dient zur Ausgabe weiterer Steuergrößen, beispielsweise zur Steuerung der Zündung 33 oder auch für eine automatische Getriebesteuerung und ähnliches.The input / output unit 29 supplies signals for controlling the actuator 17 for the fuel metering and the actuator 16 for the air bypass 15th The input / output unit 30 serves to display information about the functional state of the catalytic converter 19 . This information can be used, for example, to inform the driver, to go to a workshop or to bring about a deterioration in the driving behavior of the internal combustion engine so that the driver is urged to visit a workshop. The input / output unit 31 is used to output further control variables, for example to control the ignition 33 or also for automatic transmission control and the like.

Die weiteren Komponenten CPU 23, RAM 24, ROM 25, EEPROM 26 und die Zeitbasis 27 sind für sich bekannt und werden in dieser oder ähnlicher Kombination nahezu in jedem Mikrocompu ter eingesetzt. Insbesondere wird das EEPROM 26 zur Spei cherung adaptiver Kennfelder beispielsweise zur Vorsteue rung des Betriebsgemisches oder von Regelparametern, bei spielsweise die P-, I-Anteile, die Einfluß auf Amplitude und Frequenz der Regelalgorithmen haben, eingesetzt. Ein Fluß diagramm zur Erläuterung des Programmablaufs in dem elektro nischen Steuergerät 22 ist beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung P 34 03 395.5 (R. 19179) offenbart, die als Referenz herangezogen werden kann.The other components CPU 23 , RAM 24 , ROM 25 , EEPROM 26 and the time base 27 are known per se and are used in this or a similar combination in almost every microcomputer. In particular, the EEPROM 26 is used for storing adaptive maps, for example for piloting the operating mixture or control parameters, for example the P, I components which have an influence on the amplitude and frequency of the control algorithms. A flow chart to explain the program flow in the electronic control unit 22 is for example disclosed in German patent application P 34 03 395.5 (R. 19179), which can be used as a reference.

Anhand des in Fig. 5 dargestellten Flußdiagramms soll die spezielle Funktionsweise des Programms für das erfindungs gemäße Zumeßsystem dargestellt werden. Die folgenden Erläu terungen sind mit Bezugsziffern versehen, die sich auf die jeweiligen Blöcke der Fig. 5 beziehen:The special operation should the program are shown for the fiction, modern metering system on the basis of the flow chart shown in Fig. 5. The following explanations are provided with reference numerals which relate to the respective blocks of FIG. 5:

51 The basic injection time is calculated from the usual measurement variables and pilot control maps.
52 The amplitudes must be read in from both probes.
53 Failure detection for both probes.
54 If probe 20 (the probe on the engine, in front of the catalytic converter) has failed, this is indicated, the driving behavior can be deteriorated (e.g. due to lean operation, 67 ) and the modified injection time is output. No lambda control.
55 If only probe 21 (probe behind catalytic converter) has failed, this is also indicated ( 64 ). A deterioration in driving behavior must not then take place over the lean operation, but z. B. via late ignition ( 65 ) so that the internal, fast lambda control ( 63 ) can remain active.
56 The catalyst can be monitored by comparing the probe signals or signal profiles.
57 If the catalytic converter is defective, the display ( 66 ) is shown. The deterioration in driving behavior can again take place via lean operation, since the lambda control can be avoided if the catalytic converter is defective. (With regard to temperature load for exhaust and lean operation less critical than late ignition.)
58 Evaluation of the time course means, among other things: determination of the oscillation amplitude in the probe signal, mean value of the probe signal.
59 To determine the "optimal" position (includes mean value, vibration amplitude, vibration frequency), setpoints or tolerance values must be stored in the program (map).
60 In certain cases, adaptation is not permitted: e.g. B. during warm-up, during switching operations, at very high speed or load changes.
61 The learning strategy can be carried out according to generally accepted procedures. Since it is necessary to learn until the optimal position in the catalytic converter window is maintained, there is a control process here. The terms "slow lambda controller" and "learning strategy" are therefore largely equivalent.
62 Different parameter adaptations are possible. Two examples:

a) If the mean value of the probe signal does not match the optimal position in the catalytic converter window, the pilot control map for the lambda mean value can be changed.

b) If the vibration amplitude is too high, z. B. the proportional portion of the fast lambda controller can be changed.
63 Standard lambda controller.

Die auf den beiden Ausgangssignalen der Abgasmeßsonden beruhende Regelung kann insbesondere auf unterschiedliche Regelzeitkonstanten ausgelegt werden, beispielsweise derart, daß die Ausgangssignale der Abgasmeßsonde 20 in einem schnel len Regelkreis und die Ausgangssignale der Abgasmeßsonde 21 in einem langsameren Regelkreis verarbeitet werden. Dabei ist der langsame Regelkreis dem schnellen Regelkreis schal tungsmäßig überlagert. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, daß die Abgasmeßsonde 20 sehr dicht am Motor angebracht wer den kann, was zu einer sehr kurzen Gaslaufzeit und einer da mit verbundenen geringen Amplitude der resultierenden Grenz schwingung führt. Als zweckmäßig hat sich auch erwiesen, daß das Ausgangssignal der Abgasmeßsonde 21 über die Regelfunk tion die Lambda-Verschiebung steuert, die allein oder zu sätzlich zu den üblicherweise verwendeten Kennfeldern wirken kann.The control based on the two output signals of the exhaust gas measuring probes can in particular be designed for different control time constants, for example such that the output signals of the exhaust gas measuring probe 20 are processed in a fast control loop and the output signals of the exhaust gas measuring probe 21 are processed in a slower control loop. The slow control circuit is superimposed on the fast control circuit. It has proven to be advantageous that the exhaust gas probe 20 is attached very close to the engine who can, which leads to a very short gas run time and an associated with low amplitude of the resulting limit vibration. It has also proven to be expedient that the output signal of the exhaust gas measuring probe 21 controls the lambda shift via the control function, which can act alone or in addition to the maps typically used.

Der Sollwert für die Luftzahl Lambda kann als Kennfeld vor gegeben sein. Über dieses Kennfeld läßt sich die optimale Lage im "Katalysatorfenster" für jeden Betriebspunkt bei spielsweise in physikalischen Größen (Ausgangsspannung der Sondenkennlinie der Abgassonde) darstellen. The setpoint for the lambda air ratio can be used as a map be given. The optimum can be determined using this map Position in the "catalyst window" for each operating point for example in physical quantities (output voltage of the Represent the characteristic curve of the flue gas probe).

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel begrenzt, sondern läßt sich in sämtli chen elektronischen Steuersysteme für die Zumessung des Betriebsgemisches einsetzen.The object of the invention is not on the present Embodiment limited, but can be in all Chen electronic control systems for metering the Use company mix.

Claims

1. A method for controlling the composition of the fuel / air mixture for an internal combustion engine with a catalyst and an oxygen probe arranged upstream and downstream of the catalyst, the signals of which influence the mixture composition as a measure of the mixture composition via control functions with different time constants, the signal of front probe is processed with a comparatively small time constant in a control function which has at least PI characteristics and wherein the signal of the rear probe with a comparatively large time constant influences the processing of the signal of the front probe, characterized in that the influence of the rear probe for Changes to at least one of the parameters P-part or I-part serves the control function with which the signal of the front probe is processed.

2. Procedure for regulating the composition of the Fuel air mixture for an internal combustion engine with a catalytic converter and one upstream and one behind the oxygen sensor arranged the catalyst, the signals as a measure of the mixture composition via control functions the mixture composition with different time constants affect, the signal of the front probe with a comparatively small time constant in one Control function is processed, at least PI characteristics and the signal of the rear Probe with a comparatively large time constant Processing of the signal of the front probe is affected, characterized in that the signal of the rear Exhaust gas probe is used several times in the sense that it is next to influencing the processing of the front signal Probe also to monitor the Convertibility of the catalyst is used.

3. The method according to claim 1, characterized by the Use of lambda = 1 probes as oxygen probes.

4. The method according to claim 1 or 3, characterized in that that the output signal of the second oxygen probe for exact adjustment of the operating mixture to lambda values, those in the catalyst window (0.998 ≦ lambda ≦ 1,000) lying, is used.

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the control function based on the output signals of the second exhaust gas measuring probe ( 21 ) map learning method for control parameters that have an influence on the amplitude and / or frequency of the control functions.

6. The method according to claim 2, characterized in that for the additional monitoring of the convertibility of the catalyst, the output signals of the two exhaust gas measuring probes ( 20 , 21 ) are evaluated with regard to the amplitude of the control oscillation.

7. The method according to claim 6, characterized in that the output signals of the two exhaust gas measuring probes ( 20 , 21 ) are averaged.

8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that in the presence of approximately equal control oscillation amplitudes in front of and behind the catalyst ( 19 ), a warning device is actuated.