DE4402850A1 - System zur Überwachung und Steuerung von Verbrennungsmotoren und deren Abgasemissionen unter Verwendung von Gassensoren - Google Patents
System zur Überwachung und Steuerung von Verbrennungsmotoren und deren Abgasemissionen unter Verwendung von GassensorenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System für die
Überwachung von bestimmten Komponenten eines Verbren
nungsmotors und für die Steuerung dieser bestimmten
Komponenten, um den Betrieb des Motors zu optimieren und
dessen Abgasemissionen zu reduzieren.
Der Betrieb und die Abgasemissionen von Verbrennungsmoto
ren des Typs, wie er in Personenkraftwagen und Lastkraft
wagen verwendet wird, hängen wesentlich vom Luft-
/Kraftstoff-Verhältnis (L/K-Verhältnis) des Motors ab.
Diese Betriebseigenschaften werden typischerweise als
Funktion des Luftüberschußverhältnisses λ ausgedrückt,
das durch die folgende Gleichung definiert ist:
wobei L/Kst das stöchiometrische Luft-/Kraftstoff-Ver
hältnis ist.
In Fig. 1, auf die nun Bezug genommen wird, ist das Luft-
/Kraftstoff-Verhältnis (L/K-Verhältnis) gegen die Motor-
Abgasemissionen aufgetragen: Ein mageres L/K-Gemisch (λ <
1) hat in den Abgasemissionen geringere Kohlenmonoxid-
und Kohlenwasserstoff-Anteile, jedoch höhere Stickoxid-
Konzentrationen (NOx) zur Folge. Umgekehrt hat ein
Betriebszustand mit fettem L/K-Verhältnis (λ < 1,0) eine
höhere Motorleistung, jedoch auch höhere Kohlenmonoxid-
und höhere Kohlenwasserstoff-Emissionen zur Folge. Im
Betriebszustand mit fettem L/K-Verhältnis ist jedoch die
Konzentration der Stickoxide geringer.
Wie weiterhin aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Sauerstoff
konzentration (O₂) in den Abgasemissionen für Werte von λ
< 1,0 sehr gering. Diese geringen Sauerstoffkonzentratio
nen treten auf, weil im wesentlichen der gesamte Sauer
stoff zusammen mit dem Kraftstoff verbrannt wird, wenn
sich der Motor in einem Betriebszustand mit fettem
Gemisch befindet. Umgekehrt nimmt die Sauerstoffkonzen
tration in den Abgasemissionen in einem Betriebs Zustand
mit magerem Gemisch (λ < 1) zu, da nicht genügend Kraft
stoff vorhanden ist, um den Sauerstoff vollständig zu
verbrennen.
Um die Konzentration schädlicher Emissionen in den
Abgasen von Verbrennungsmotoren zu verringern, ist
bereits bekannt, im Abgassystem für die Verbrennungspro
dukte des Verbrennungsmotors einen katalytischen Dreiwe
gumwandler, der auch Dreiwegekatalysator (DWK) genannt
wird, zu verwenden. Derartige Dreiwegekatalysatoren
verringern wirksam die Mengen der Kohlenwasserstoffe,
deren Kohlenmonoxide und der Stickoxide in den Abgasemis
sionen des Motors.
Eine Einschränkung der Dreiwegekatalysatoren besteht
jedoch darin, daß sie nur in einem sehr schmalen Fenster
wirksam arbeiten, das um das stöchiometrische L/K-Ver
hältnis (λ = 1) zentriert ist. Damit daher das Motoremis
sions-Steuersystem in Verbindung mit den obengenannten
bekannten Systemen effizient betrieben werden kann, muß
dieses Emissionssteuersystem ermitteln, ob das L/K-
Gemisch den stöchiometrischen Wert hat. Wenn dies nicht
der Fall ist, kann der Dreiwegekatalysator die schädli
chen Motoremissionen auf den Motorabgasen nicht ausrei
chend beseitigen.
Um den Motorbetrieb auf den stöchiometrischen Wert des
L/K-Gemisches einzustellen, haben diese bereits bekannten
Motoren einen Sauerstoffsensor, der auch als λ-Sonde
bekannt ist, verwendet, welcher funktional in der vom
Motor ausgehenden Abgasströmung angeordnet ist. Diese
bereits bekannten Sauerstoffsensoren erzeugen bei Abwe
senheit von Sauerstoff in der Abgasströmung ein erstes
Ausgangssignal und im anderen Fall, d. h. wenn in der
Abgasströmung vom Motor Sauerstoff erfaßt wird, ein
zweites Signal. Folglich ist das Vorliegen des ersten
Signals des Sauerstoffdetektor ein Hinweis darauf, daß
der Motor mit einem fetten L/K-Gemisch arbeitet, da es
die Abwesenheit von Sauerstoff in der Abgasströmung
anzeigt, während umgekehrt das Vorhandensein des zweiten
Signals vom Sauerstoffsensor ein Hinweis auf ein mageres
L/K-Gemisch ist, weil Sauerstoff in der Abgasströmung
vorhanden ist.
Obwohl somit diese bereits bekannten Sauerstoffsensoren
für die Bestimmung, ob der Motor mit fettem oder magerem
L/K-Gemisch arbeitet, ausreichend gewesen sind, sind sie
für die Bestimmung des tatsächlichen Wertes von λ und
somit des Anreicherungsgrades des L/K-Gemischs nicht
geeignet. Die Bestimmung des tatsächlichen Wertes von λ
wäre jedoch höchst vorteilhaft, um sowohl den Motorbe
trieb zu optimieren als auch unerwünschte Motoremissionen
zu verringern.
Ein weiterer Nachteil dieser bereits bekannten Motorsteu
ersysteme besteht darin, daß in derartigen Steuersystemen
keine Maßnahmen für die Überwachung des Betriebs der
verschiedenen Motorkomponenten und insbesondere derjeni
gen Komponenten getroffen worden sind, welche die uner
wünschten Motoremissionen verringern. Folglich würde die
Verschlechterung oder der vollständige Ausfall einer
Motorkomponente wie etwa des Dreiwegekatalysators eine
unannehmbare Abgaszusammensetzung aus schädlichen Motor
emissionen vom Motor zur Folge haben, was jedoch von dem
Steuersystem des Motors nicht erkannt würde. Ahnlich ist
in keinem der bisher bekannten Systeme eine Einrichtung
für die Überwachung des Zustandes der verschiedenen
Sensoren enthalten, die sowohl für die Steuerung der
Verbrennung im Motor als auch für die Verringerung
unerwünschter Motoremissionen verwendet werden.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein
System zur Überwachung und zur Steuerung von Verbren
nungsmotoren und deren Abgasemissionen zu schaffen, das
die obenerwähnten Nachteile von entsprechenden bekannten
Systemen überwindet.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Überwachung erfin
dungsgemäß gelöst durch ein System zur Überwachung von
Verbrennungsmotoren und deren Abgasemissionen, das die im
Anspruch 1 angegebenen Merkmale besitzt.
Diese Aufgabe wird hinsichtlich der Steuerung erfindungs
gemäß gelöst durch ein System zur Steuerung von Verbren
nungsmotoren und deren Abgasemissionen, das die im
Anspruch 13 angegebenen Merkmale besitzt.
Sowohl das Überwachungs- als auch das Steuersystem der
vorliegenden Erfindung ist für die Verwendung in Verbin
dung mit einem Verbrennungsmotor mit Dreiwegekatalysator
vorgesehen, der in der Abgasströmung des Motors angeord
net ist. Die vom Dreiwegekatalysator abgegebenen Abgase
strömen ihrerseits durch einen katalytischen NOx-Umwand
ler und werden anschließend in die Atmosphäre abgegeben.
Sowohl das Überwachungs- als auch das Steuersystem der
vorliegenden Erfindung enthält mehrere Sensoren, wovon
jeder einen besonderen Motorbetriebszustand oder eine
besondere Motorbetriebseigenschaft überwacht und ein
hierfür repräsentatives Ausgangssignal erzeugt. Diese
Sensoren enthalten einen Luftmengensensor für die in den
Verbrennungsmotor einströmende Luft, einen Drosselklap
pen-Positionssensor sowie einen Luft-/Kraftstoffsensor
(L/K-Sensor).
Im Gegensatz zu den bekannten Motorsteuersystemen wird
erfindungsgemäß ein Gassensor, der ein Ausgangssignal
erzeugt, das sich in Abhängigkeit von der NOx-Konzentra
tion in den Abgasen verändert, mit den aus dem Dreiwege
katalysator austretenden Emissionen beaufschlagt. Dieser
NOx-Sensor erzeugt vorzugsweise auch ein Ausgangssignal,
das von den Kohlenwasserstoffen abhängt, die in der
Abgasströmung vom Dreiwegekatalysator enthalten sein
können. Vorzugsweise ist außerdem stromabseitig zum
katalytischen NOx-Umwandler ein zweiter NOx-Sensor ange
ordnet.
Sämtliche Ausgangssignale von den verschiedenen Motorsen
soren werden als Eingangssignale in eine Zentraleinheit
eingegeben, die iterativ die Ausgangssignale von den
Sensoren liest und gemäß im voraus programmierter Algo
rithmen verarbeitet. Durch derartige Algorithmen führt
die Zentraleinheit zwei verschiedene Funktionen aus.
Erstens verwendet die Zentraleinheit die Ausgangssignale
von den Sensoren unter dem Aspekt der Überwachung dazu,
den Zustand der verschiedenen Motorkomponenten wie etwa
des Dreiwegekatalysators, des katalytischen NOx-Umwand
lers und der einzelnen Sensoren selbst sowie den Motorbe
trieb zu überwachen. Wenn eine Verschlechterung oder ein
Ausfall einer dieser Motorkomponenten von der Zentralein
heit entsprechend seiner im voraus programmierten Algo
rithmen festgestellt wird, erzeugt die Zentraleinheit ein
Warnsignal für die Bedienungsperson des Motors, typi
scherweise den Fahrer des Personenkraftwagens oder des
Lastkraftwagens, so daß der Bedienungsperson mitgeteilt
wird, daß eine Reparaturwerkstätte aufgesucht werden
sollte.
Zweitens verwendet die Zentraleinheit die Ausgangssignale
der verschiedenen Sensoren unter dem Aspekt der Steuerung
dazu, die Emissionsreduzierungssysteme des Motors zu
steuern. Derartige Reduzierungssysteme enthalten bei
spielsweise die Abgasrückführung, die Einleitung von
Sekundärluft in den Dreiwegekatalysator, die Einleitung
von Hilfsluft in die Kraftstoffeinspritzanlage des Motors
und/oder die Zündzeitpunkt-Voreilung für den Verbren
nungsmotor.
Die tatsächlichen Algorithmen sowohl für die Überwachung
der verschiedenen Motorkomponenten als auch für die
Steuerung der verschiedenen Motorbetriebszustände werden
später genauer erläutert.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben, die sich auf
bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
beziehen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter
Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher
erläutert; es zeigen:
Fig. 1 den bereits erwähnten Graphen, der die Bezie
hung von schädlichen Motoremissionen zu dem
Luftüberschußverhältnis λ veranschaulicht;
Fig. 2A, 2B Blockschaltbilder, die bevorzugte Ausfüh
rungsformen der vorliegenden Erfindung veran
schaulichen;
Fig. 3 einen Graphen, der die Ausgangssignale eines
NOx-Sensors in Abhängigkeit von der Gaskon
zentration veranschaulicht;
Fig. 4 eine Ansicht zur Erläuterung der Konzentra
tion der schädlichen Abgasemissionen nach ei
ner Behandlung durch einen Dreiwegekatalysa
tor;
Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Veranschauli
chung einer bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
Fig. 6A, 6B Graphen zur Erläuterung der Ausgangssignale
eines NOx-Sensors, der einen katalytischen
NOx-Umwandler überwacht;
Fig. 7 einen Algorithmus für die Überwachung eines
katalytischen NOx-Sensors;
Fig. 8 eine Ansicht zur Veranschaulichung der Aus
gangssignale eines NOx-Sensors in Abhängig
keit von dem Luftüberschußverhältnis λ sowie
zur Veranschaulichung einer Verschlechterung
des NOx-Sensors;
Fig. 9 einen Algorithmus zur Überwachung des NOx1-
Sensors;
Fig. 10 einen Graphen zur Veranschaulichung der
Ausgangssignale des NOx1-Sensors in Abhängig
keit vom Luftüberschußverhältnis λ sowie zur
Veranschaulichung der Verschlechterung des
Dreiwegekatalysators;
Fig. 11 einen Algorithmus zur Überwachung des Be
triebs des Dreiwegekatalysators;
Fig. 12 einen Graphen zur Veranschaulichung des
Ausgangssignals des NOx1-Sensors in Abhängig
keit vom Luftüberschußverhältnis und in Be
ziehung zur Überwachung des Luft-/Kraftstoff-
Sensors;
Fig. 13 einen Algorithmus der Luft-/Kraftstoff-Sen
sor-Überwachungsroutine;
Fig. 14A-E Graphen von verschiedenen Sensoren während
einer Motorfehlzündung;
Fig. 15 einen Algorithmus zur Überwachung einer
Motorfehlzündung;
Fig. 16 einen Graphen der Ausgangssignale des NOx1-
Sensors und des NOx2-Sensors in Abhängigkeit
von der NOx-Konzentration;
Fig. 17 ein Flußdiagramm für die Abgasrückführung;
Fig. 18 ein Flußdiagramm für die Einleitung von
Sekundärluft in den Dreiwegekatalysator; und
Fig. 19 ein Flußdiagramm zur Veranschaulichung des
Betriebs des Hilfsluftventils, das in Verbin
dung mit einer Kraftstoffeinspritzanlage ver
wendet wird.
In den Fig. 2A und 2B (die im folgenden zusammenfassend
mit Fig. 2 bezeichnet werden) ist jeweils ein Block
schaltbild eines Steuer- und Überwachungssystems für
einen Verbrennungsmotor 10 gezeigt. Der Verbrennungsmotor
10 ist von einem Typ, wie er in Personenkraftwagen,
Lastkraftwagen und dergleichen angetroffen wird. Fig. 2A
zeigt eine grundlegende schematische Darstellung der
bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
während Fig. 2B eine schematische Darstellung der vorlie
genden Erfindung mit Verbesserungen zeigt.
Mit dem Motor 10 sind mehrere Sensoren verbunden, wovon
jeder ein Ausgangssignal erzeugt, das einen besonderen
Motorbetriebszustand repräsentiert. Diese Sensoren
umfassen einen Drehzahlsensor 12, der die Drehung der
Kurbelwelle über einen Kurbelwinkelsensor erfaßt und dann
mittels einer externen Einrichtung die Drehzahl des
Motors berechnet. Der in dieser Anwendung verwendete
Drehzahlsensor 12 enthält die externe Einrichtung, die
ein Ausgangssignal erzeugt, das die Drehzahl des Motors
10 repräsentiert.
Die Sensoren umfassen ferner einen Luftmengensensor (LMS)
14, der die in den Ansaugkanal des Motors 10 strömende
Luftmenge mißt, einen Drosselklappen-Positionssensor
(DKPS) 15 sowie einen Luft-/Kraftstoff-Sensor (L/K) 16,
der ein Ausgangssignal erzeugt, das das Luft/Kraftstoff-
Gemisch des Motors repräsentiert.
Die Abgasströmung vom Motor 10 strömt durch einen Dreiwe
gekatalysator 18, der die Kohlenwasserstoffe, das Kohlen
monoxid und Stickoxide (NOx) reduziert, die in der
Abgasströmung des Motors 10 enthalten sind. Die aus dem
Dreiwegekatalysator 18 strömenden Gase strömen ihrerseits
in einen katalytischen NOx-Umwandler 20, der sämtliche
Stickoxide in der Abgasströmung vom Dreiwegekatalysator
18 weiter reduziert; die aus dem NOx-Umwandler 20 austre
tenden Gase werden an die Atmosphäre abgegeben.
Wie weiterhin in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Gassensor
(NOx1) 22 funktional in der Abgasströmung zwischen dem
Dreiwegekatalysator und dem NOx-Umwandler 20 angeordnet.
Vorzugsweise, jedoch optional, ist außerdem ein zweiter
Gassensor (NOx2) 24 funktional in der Abgasströmung
hinter dem NOx-Umwandler 20 angeordnet.
Wie in Fig. 3 gezeigt ist, erzeugen die Gassensoren 22
und 24 jeweils ein Ausgangssignal, das sich in Abhängig
keit von der Konzentration der Stickoxide, des Sauer
stoffs und der Kohlenwasserstoffe in den Abgasemissionen
vom Dreiwegekatalysator 18 bzw. vom katalytischen NOx-
Umwandler 20 verändern. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, ist
der Gassensor 22 oder 24 vorzugsweise entweder aus
Zinnoxid (SnO2), Titanoxid (TiO2) oder Nioboxid (Nb2O5)
konstruiert. Der Widerstand derartiger Materialien nimmt
logarithmisch mit der Gaskonzentration von NOx oder O2
zu. Im Gegensatz dazu nimmt der Widerstand derartiger
Materialien logarithmisch mit der Gaskonzentration der
Kohlenwasserstoffe wie etwa Propan (C3H8) ab. Die Verän
derungen des Widerstandes dieser Materialien (Rg) in
bezug auf ihren Widerstand in Luft (RLuft) sind in Fig. 3
in Abhängigkeit von der Gaskonzentration aufgetragen.
In Fig. 4 sind die Gaskonzentrationen der Kohlenwasser
stoffe, des Kohlenmonoxids und von NOx stromabseitig zum
Dreiwegekatalysator 18 als Funktion des Luftüberschußver
hältnisses λ aufgetragen. Für Werte von λ < 1, d. h. bei
einer mageren Verbrennung, ist die Konzentration der
Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids im Abgas vom
Dreiwegekatalysator 18 praktisch vernachlässigbar,
während die Konzentration von NOx zunimmt. Im Gegensatz
dazu ist im Betriebszustand mit fettem Gemisch, d. h. bei
λ < 1, die Konzentration von NOx in den vom Dreiwegekata
lysator 18 ausgegebenen Gasen vernachlässigbar, während
sowohl der Kohlenmonoxid- als auch der Kohlenwasserstoff
gehalt in der Abgasströmung vom Dreiwegekatalysator
zunimmt.
Folglich können die Gassensoren 22 und 24 wirksam dazu
verwendet werden, das Luftüberschußverhältnis λ sowohl
für magere als auch für fette Kraftstoffgemische zu
messen. Eine Abnahme des Widerstandes des Gassensors 22
oder 24 zeigt ein fettes Luft-/Kraftstoff-Gemisch (λ < 1)
an, bei dem die Konzentration von NOx in den Abgasen
soweit vernachlässigbar ist, daß sie außer acht gelassen
werden kann und statt dessen der Ausgang des Sensors so
behandelt werden kann, als ob nur die Kohlenwasserstoff
konzentration in den Abgasen festgestellt würden. Der
tatsächliche Wert des Luftüberschußverhältnisses λ kann
empirisch aus der Größe des Sensor-Ausgangssignals
bestimmt werden.
Wenn im Gegensatz dazu der Widerstand des Gassensors 22
oder 24 ansteigt, kann dieser Anstieg sowohl einem
Anstieg NOx als auch von Sauerstoff zugeschrieben werden,
die beide bei einem mageren L/K-Gemisch, d. h. bei λ < 1
zunehmen. Bei einem solchen Motorbetriebszustand ist die
Menge der Kohlenwasserstoffe und des Kohlenmonoxids in
der Abgasströmung so weit vernachlässigbar (Fig. 4), daß
sowohl der Kohlenwasserstoff- als auch der Kohlenmonoxid
gehalt außer acht gelassen werden können. In diesem Fall
kann das Ausgangssignal des Gassensors 22 oder 24 so
behandelt werden, als ob nur der Sauerstoff- und der NOx-
Gehalt in der Abgasströmung gemessen würden. Wie oben
kann der tatsächliche Wert von λ empirisch als Funktion
der Größe des Ausgangssignals von den Gassensoren 22 und
24 bestimmt werden.
Nun wird wieder auf Fig. 2 Bezug genommen. Das Motorsteu
ersystem enthält eine Anzahl von einzelnen Steuerungen,
die nicht nur den Betrieb des Motors 10, sondern auch den
Gehalt unerwünschter, schädlicher Emissionen in der
Abgasströmung verändern. Diese Steuersysteme enthalten
z. B. ein Abgasrückführungssystem (AGR) 26, ein Hilfs
luftsystem (HL) 28, ein Kraftstoffeinspritzsystem 30, ein
Zündzeitpunktvoreilungssystem (ZV) 32 und ein Sekundär
luftsystem 34. Sämtliche Systeme 26 bis 34 werden im
folgenden genauer beschrieben.
Wie in Fig. 5 gezeigt ist, werden die Ausgangssignale der
Motorüberwachungssensoren 12, 14, 16, 22 und 24 wie auch
möglicherweise vorhandener weiterer Sensoren als Ein
gangssignale über eine Eingangsschnittstellenschaltung 40
eingegeben, die ihrerseits mit einem als Eingangssignal
bus dienenden Ausgangsbus 41 mit einer Zentraleinheit 42
verbunden ist. Die Zentraleinheit (CPU) 42 kann bei
spielsweise einen Einchip-Mikroprozessor enthalten. Ein
herkömmlicher Schreib-/Lesespeicher (RAM) und/oder ein
Nur-Lese-Speicher (ROM) enthalten die Programmalgorithmen
für die Zentraleinheit 42, wobei derartige Speicher in
der CPU 42 oder außerhalb derselben vorgesehen sein
können.
Die CPU 42 erzeugt mehrere Ausgangssignale, um die dem
Motor zugehörigen verschiedenen Motorsteuersysteme zu
steuern. Somit erzeugt die CPU 42 ein Ausgangssignal für
das Sekundärluftsystem 34, um die Einleitung von Sekun
därluft auf die im folgenden beschriebene Weise zu
steuern. Ebenso erzeugt die CPU 42 ein Ausgangssignal für
das Abgasrückführungssystem 26, um die Menge der Abgas
rückführung ebenfalls auf eine im folgenden beschriebene
Weise zu verändern.
Gleichermaßen erzeugt die CPU 42 Ausgangssignale sowohl
für das Hilfsluftsystem 28, das Kraftstoffeinspritzsystem
30 und das Zündzeitpunktvoreilungssystem 32, um die
Operation dieser Systeme zu steuern und dadurch den
Motorbetrieb zu optimieren und/oder die Abgasemissionen
zu verringern.
Die CPU 42 erzeugt außerdem Ausgangssignale für eine
Anzeigeeinrichtung 60, um die Bedienungsperson vor einer
Fehlfunktion ausgewählter Motorkomponenten zu warnen.
Nachdem nun die Komponenten des Systems der vorliegenden
Erfindung beschrieben sind, werden im folgenden das
Überwachungs- und das Steuersystem der vorliegenden
Erfindung genauer beschrieben.
Mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 wird nun die Überwachung
des katalytischen NOx-Umwandlers 20 (Fig. 2) beschrieben.
Fig. 6A veranschaulicht das Ausgangssignal N1 des NOx1-
Sensors 22 anhand des Graphen 50. Das Ausgangssignal N1
des NOx1-Sensors steigt steil an, wenn λ < 1 ist, d. h.
bei magerer Verbrennung. Das Ausgangssignal N1 des NOx1-
Sensors zeigt somit das Vorhandensein von NOx in der
Abgasströmung vom Dreiwegekatalysator 18 (Fig. 2) an.
Das Ausgangssignal N2 des NOx 2-Sensors 24 ist in Fig. 6B
durch den Graphen 52 während des Normalbetriebs darge
stellt. Da der katalytische NOx-Umwandler 20 die Konzen
tration von NOx in der Abgasströmung verringern soll,
sollte das Ausgangssignal N2 des NOx 2-Sensors 24 niedri
ger als das Signal N1 vom NOx 1-Sensor sein, wenn ein
richtiger Betrieb des katalytischen NOx-Umwandlers 20
angenommen wird.
Eine Verschlechterung oder ein Ausfall des katalytischen
NOx-Umwandlers 20 reduziert jedoch die vom NOx 2-Sensor
als Wert N2 gemessene Konzentration von NOx in der Abgas
strömung vom NOx-Umwandler 20 in geringerem Maß bzw.
überhaupt nicht, so daß die durch den Graphen 52 in Fig.
6B veranschaulichte Konzentration von NOx zunimmt und
sich schließlich dem Ausgangssignal N1 vom NOx 1-Sensor,
das durch den Graphen 50 gestrichelt angedeutet ist,
annähert.
Bei einem vollständigen Ausfall des NOx-Umwandlers 20
sollten das Ausgangssignal vom NOx 1-Sensor 22 (N1) und
vom NOx 2-Sensor 24 (N2) im wesentlichen gleich sein.
Es ist daher möglich, den Wirkungsgrad des katalytischen
NOx-Umwandlers 20 anhand der folgenden Gleichung zu
berechnen:
oder
Die obige Formel (2) liefert daher einen Wert des Wir
kungsgrades des katalytischen NOx-Umwandlers 20 zwischen
0 und 1,0, wobei der Wert von 1,0 einen wirksamen Betrieb
des katalytischen Umwandlers 20 und 0 einen Ausfall des
katalytischen NOx-Umwandlers 20 anzeigt.
In Fig. 7 ist ein Computer-Algorithmus gezeigt, der der
Überwachung des Wirkungsgrades des katalytischen NOx-
Umwandlers 20 dient. Im Schritt 54 berechnet das Compu
terprogramm den Wert von NOxeff, d. h. den Wirkungsgrad
des katalytischen Umwandlers, durch Anwendung der obigen
Formel. Nach dem Schritt 54 wird im Schritt 56 der
berechnete Wert des Wirkungsgrades des katalytischen NOx
Umwandlers 20 (NOxeff) mit einem vorgegebenen Schwellen
wert NOxSchwelle verglichen. Wenn der Wert des Wirkungs
grades des katalytischen NOx-Umwandlers NOxeff kleiner
als der Schwellenwert NOxSchwelle ist, wird im Schritt 58
eine Anzeigeeinrichtung 60 (Fig. 5) aktiviert, die die
Bedienungsperson des Fahrzeugs vor einem Ausfall oder
einer Verschlechterung des katalytischen NOx-Umwandlers
20 warnt.
Wenn dagegen der Wert des Wirkungsgrades des katalyti
schen NOx-Umwandlers NOxeff größer als der Schwellenwert
NOxSchwelle ist, geht der Programmablauf weiter zum
Schritt 62, um die NOx-Umwandler-Überwachungsroutine oder
das NOx-Umwandler-Überwachungsprogramm, wie es in Fig. 7
dargestellt ist, zu verlassen.
In Fig. 8 ist das Ausgangssignal N1 des NOx1-Sensors bei
Normalbetrieb durch den Graphen 70 veranschaulicht, der
den Wert des NOx 1-Sensorausgangs (N1) in Abhängigkeit von
λ darstellt. Der Wert von N1mager ist für einen vorgegebe
nen Wert von λ (z. B. λ = 1,1) im Normalbetrieb des NOx1-
Sensors durch den Punkt 72 dargestellt. Ähnlich veran
schaulicht der Punkt 74 den Wert von N1stöch (λ = 1). Die
Werte von N1 an den beiden Punkten 72 und 74 können
empirisch bestimmt werden, wobei das Verhältnis
N1mager/N1stöch während des Normalbetriebs des NOx1-Sensors
in einen vorgegebenen Normalbetriebsbereich fällt.
Wenn sich jedoch der NOx1-Sensor verschlechtert, nimmt
das Ausgangssignal N1 des NOx1-Sensors zu, wie durch den
Graphen 76 in Fig. 8 gezeigt ist. Gleichzeitig nimmt der
Wert des Verhältnisses von N1mager, dargestellt durch den
Punkt 78, zu N1stöch, dargestellt durch den Punkt 80, ab.
Diese Abnahme des Verhältnisses N1mager/N1stöch wird
anschließend dazu verwendet, eine Fehlfunktion oder eine
Verschlechterung des NOx1-Sensors festzustellen.
In Fig. 9 ist ein Algorithmus für die Erfassung einer
Verschlechterung oder einer Fehlfunktion des NOx1-Sensors
gezeigt. Zunächst wird im Schritt 82 der Wert von λ
bestimmt, anschließend wird im Schritt 84 festgestellt,
ob der Wert von λ wenigstens während eines vorgegebenen
Zyklus von beispielsweise vier Umdrehungen des Motors der
stöchiometrische Punkt ist oder in dessen Umgebung (λ =
1,0 ± 0,01) liegt. Wenn dies der Fall ist, wird im
Schritt 86 der Wert von N1 vom NOx1-Sensor gelesen.
Anschließend wird im Schritt 88 der Wert von N1stöch
aktualisiert.
Unter der Annahme, daß im Schritt 84 der Wert von λ nicht
der stöchiometrische Punkt ist, wird im Schritt 90
festgestellt, ob λ in einem vorgegebenen Bereich eines
mageren Motorbetriebs liegt. Wie im Schritt 90 angegeben,
wird für diesen im voraus festgelegten Bereich λ = 1,1 ±
0,01 gewählt, obwohl alternativ auch andere Werte verwen
det werden können. Im Schritt 90 wird außerdem festge
stellt, ob der Wert von λ während einer im voraus gewähl
ten Zeitspanne von beispielsweise vier Umdrehungen des
Motors in dem im voraus gewählten mageren Betriebsbereich
von 1,1 liegt. Wenn dies nicht der Fall ist, geht der
Programmablauf weiter zum Schritt 92 und verläßt die
NOx1-Sensor-Überwachungsroutine.
Unter der Annahme, daß der Motorbetrieb in dem im voraus
gewählten mageren Betriebsbereich von 1,1 liegt, geht der
Programmablauf vom Schritt 90 weiter zum Schritt 94, in
dem der Wert N1 des NOx1-Sensors gelesen wird. Anschlie
ßend geht der Ablauf weiter zum Schritt 96, in dem der
Wert von N1mager aktualisiert wird.
Nachdem die beiden Werte N1stöch und N1mager in den Schrit
ten 88 bzw. 96 aktualisiert worden sind (in unterschied
lichen Durchläufen durch den Algorithmus von Fig. 9),
geht der Programmablauf sowohl vom Schritt 88 als auch
vom Schritt 96 weiter zum Schritt 98, in dem der Algo
rithmus das folgende Signalverhältnis berechnet:
Anschließend geht der Ablauf weiter zum Schritt 100, in
dem das berechnete Signalverhältnis SR mit einem Schwel
lenwert des Signalverhältnisses SRSchwelle(Nox1) verglichen
wird. Der Wert des Schwellenwertes SRSchwelle(Nox1) für das
Signalverhältnis wird für jeden besonderen Motor und
jedes besondere Abgassystem empirisch bestimmt.
Wenn der berechnete Wert SR für das Signalverhältnis
größer als der Schwellenwert SRSchwelle(Nox1) ist, ist dies
ein Hinweis dafür, daß der NOx1-Sensor zufriedenstellend
arbeitet. Wenn dies der Fall ist, geht der Ablauf vom
Schritt 100 weiter zum Schritt 92, woraufhin die NOx1-
Sensor-Überwachungsroutine beendet ist und zurückspringt.
Wenn hingegen das Signalverhältnis SR kleiner als der
Schwellenwert SRSchwelle(Nox1) ist,hat sich der NOx1-Sensor
verschlechtert. Wenn dies der Fall ist, geht der Ablauf
vom Schritt 100 weiter zum Schritt 102, in dem die
Zentraleinheit (Fig. 5) ein geeignetes Hinweissignal 60
aktiviert, das eine Fehlfunktion des NOx1-Sensors an
zeigt. Die Bedienungsperson des Fahrzeugs wird dann
warnend darauf hingewiesen, daß eine Wartung erforderlich
ist.
In Fig. 10 ist das Ausgangssignal N1 des NOx1-Sensors in
Abhängigkeit von λ veranschaulicht. Der Graph 104 stellt
das Ausgangssignal N1 vom NOx1-Sensor in einem Normalbe
trieb des Dreiwegekatalysators (DWK) dar. Im Normalbe
trieb bleibt das Ausgangssignal des NOx1-Sensors bis zum
stöchiometrischen Punkt (λ = 1) sehr niedrig. Oberhalb
des stöchiometrischen Punkts steigt das Ausgangssignal
des NOx1-Sensors steil an und erreicht bei einem vorgege
benen Magerverbrennungszustand, z. B. λ = 1,1, eine
Spitze.
Wie weiterhin in Fig. 10 gezeigt ist, verursacht eine
Verschlechterung des DWK einen Anstieg des Ausgangssi
gnals N1 vom NOx1-Sensor, wie durch die Strichpunktlinie
106 in Fig. 10 veranschaulicht ist. Folglich erhöht das
Vorhandensein von NOx in der Abgasströmung den stöchiome
trischen Punkt (λ = 1) für den Motor erheblich. Diese
Zunahme des Signals N1 vom NOx1-Sensor kann dazu verwen
det werden, den DWK effizient zu überwachen.
In Fig. 11 ist ein Algorithmus oder eine Routine für die
Überwachung des DWK gezeigt. Im Schritt 108 wird zunächst
der Wert von λ bestimmt, anschließend wird im Schritt 110
festgestellt, ob der Wert von λ während eines vorgegebe
nen Zyklus von beispielsweise vier Umdrehungen des Motors
in einer kleinen Umgebung um den stöchiometrischen Punkt
(λ = 1,0 ± 0,01) liegt. Wenn sich der Motorbetrieb nicht
auf dem stöchiometrischen Punkt befindet, geht der Ablauf
weiter vom Schritt 110 zum Schritt 112, in dem festge
stellt wird, ob der Motorbetrieb in einem vorgegebenen
Magerverbrennungszustand ist, beispielsweise λ = 1,1 ±
0,01. Wenn dies der Fall ist, geht der Ablauf vom Schritt
112 weiter zum Schritt 114, in dem der Wert N1 vom NOx1-
Sensor gelesen wird. Anschließend geht der Ablauf weiter
zum Schritt 116, in dem der Wert von N1mager aktualisiert
wird.
Unter der Annahme, daß λ keinen dem im voraus gewählten
Magerverbrennungszustand entsprechenden Wert besitzt,
geht der Ablauf vom Schritt 112 weiter zum Schritt 118.
Im Schritt 118 wird dann festgestellt, ob der Wert von λ
während der letzten vier Umdrehungen des Motors einem im
voraus gewählten fetten Luft-Kraftstoff-Gemisch von
beispielsweise λ = 0,8 ± 0,01 entspricht. Wenn dies der
Fall ist, wird im Schritt 120 der Wert von N1 des NOx1-
Sensors gelesen. Anschließend geht der Ablauf vom Schritt
120 weiter zum Schritt 122, in dem der Wert von N1fett
aktualisiert wird.
Wenn angenommen wird, daß der Wert von λ weder der
stöchiometrische Punkt (λ = 1) ist noch der im voraus
gewählte Magergemisch-Punkt (λ = 1,1) oder der im voraus
gewählte Fettgemisch-Punkt (λ = 0,8) ist, geht der Ablauf
vom Schritt 118 direkt zum Schritt 124, um die DWK-
Überwachungsroutine zu verlassen.
Nachdem in den Schritten 116 und 122 die Werte von N1mager
bzw. N1fett aktualisiert worden sind, geht der Ablauf in
beiden Fällen weiter zum Schritt 126, in dem ein Schwel
lenwert N1Schwelle(DWK) entsprechend der folgenden Formel
berechnet wird:
wobei K eine Konstante, z. B. 2 ist.
Dieser Schwellenwert N1Schwelle(DWK) ist in Fig. 10 eben
falls dargestellt. Wie im folgenden beschrieben wird,
wird dieser Schwellenwert anschließend dazu verwendet,
eine Fehlfunktion des DWK zu bestimmen. Wie ferner aus
Fig. 10 hervorgeht, übersteigt bei einer Verschlechterung
des DWK, die durch den Graphen 106 dargestellt ist, der
Wert N1 des NOx1-Sensors den Schwellenwert N1Schwelle(DWK)
im stöchiometrischen Punkt (λ = 1).
Nun wird wieder auf Fig. 11 Bezug genommen. Um die
Fehlfunktion des DWK zu überwachen, geht in dem Fall, in
dem sich der Motor auf dem stöchiometrischen Punkt
befindet, vom Schritt 110 weiter zum Schritt 128, in dem
der Wert N1 des NOx1-Sensors gelesen wird. Anschließend
wird im Schritt 130 der Wert N1 des NOx1-Sensors am
stöchiometrischen Punkt mit dem Schwellenwert
N1Schwelle(DWK) verglichen. Wenn der Wert von N1 den
Schwellenwert übersteigt, geht der Ablauf weiter zum
Schritt 132, in dem eine Fehlfunktion des DWK angezeigt
wird, so daß die Zentraleinheit 42 (Fig. 5) eine geeig
nete Anzeigeeinrichtung 60 aktiviert, um die Bedienungs
person warnend darauf hinzuweisen, daß eine Wartung
erforderlich ist.
Wenn dagegen der DWK wirksam arbeitet, ist der Wert N1
des NOx1-Sensors auf dem stöchiometrischen Punkt kleiner
als der Schwellenwert N1Schwelle(DWK). Wenn dies der Fall
ist, geht der Ablauf vom Schritt 130 direkt zum Schritt
124, um die DWK-Überwachungsroutine zu verlassen.
In Fig. 12 ist das Ausgangssignal N1 des NOx1-Sensors in
Abhängigkeit von λ durch den Graphen 134 gezeigt. Somit
kann ein Medianwert N1Median des NOx1-Sensors durch Mit
telwertbildung des mageren Verbrennungszustandes N1mager,
z. B. λ = 1,1 ± 0,01, wie im Punkt 136 gezeigt, und eines
fetten Verbrennungszustandes N1fett, z. B. λ = 0,8 ± 0,01,
wie durch den Punkt 138 gezeigt, bestimmt werden. Der
Medianwert N1Median für das NOx1-Sensor-Ausgangssignal ist
im Punkt 140 gezeigt. Unter der Annahme, daß der Luft-
/Kraftstoff-Sensor 16 wirksam arbeitet, fällt der Wert
von λ in ein um den Wert λMedian zentriertes λMedian-
Fenster.
Wenn sich der Luft-/Kraftstoff-Sensor 16 verschlechtert,
zeigt er einen falschen Wert für λ an. Somit kann durch
Vergleichen des λ-Wertes, der vom Luft-/Kraftstoff-Sensor
16 gelesen wird, wenn das Ausgangssignal NOx-Sensors bei
N1Median liegt, mit dem vorher bestimmten λMedian-Fenster
eine Verschlechterung des Luft-/Kraftstoff-Sensors erfaßt
werden.
In Fig. 13 ist der Algorithmus für die Überwachung des
Luft-/Kraftstoff-Sensors veranschaulicht. Im Schritt 142
wird zunächst der Wert von λ bestimmt, anschließend geht
der Ablauf weiter zum Schritt 144, in dem der Wert N1 vom
NOx1-Sensor 22 gelesen wird. Dann wird im Schritt 146 der
Wert N1 mit dem vorher berechneten Wert N1Median ± (ein
kleiner Bereich wie etwa 5%) verglichen.
Unter der Annahme, daß der Wert N1 nicht ausreichend nahe
bei N1Median liegt, wird im Schritt 148 der Wert von λ mit
einem im voraus gewählten Magerverbrennungszustand wie
etwa λ = 1,1 ± 0,01 verglichen. Wenn dieser im voraus
gewählte Magerverbrennungszustand vorliegt, wird im
Schritt 150 der Wert N1mager gleich dem gelesen Wert N1
gesetzt.
Wenn dagegen der Wert von λ nicht dem im voraus gewählten
Magerverbrennungszustand von λ = 1,1 entspricht, geht der
Ablauf vom Schritt 148 zum Schritt 152, in dem der Wert
von λ mit einem im voraus gewählten fetten Verbrennungs
zustand wie etwa λ = 0,8 ± 0,01 verglichen wird. Wenn
dieser fette Verbrennungszustand vorliegt, wird im
Schritt 154 der Wert von N1fett gleich dem gelesenen Wert
N1 vom NOx1-Sensor gesetzt. Andernfalls verläßt der
Programmablauf die Luft-/Kraftstoff-Sensor-Überwachungs
routine.
Nach den Schritten 150 und 154, in denen die Werte von
N1mager bzw. N1fett festgelegt werden, geht der Programm
ablauf weiter zum Schritt 158. Im Schritt 158 wird der
Medianwert N1Median gemäß der folgenden Formel berechnet:
wobei K eine Konstante, z. B. 2 ist.
Wenn angenommen wird, daß der vom NOx1-Sensor gelesene
Wert N1 in dem Bereich N1Median ± (im voraus festgelegter
Bereich) liegt, geht der Ablauf weiter zum Schritt 160,
in dem die Variable λMedian auf den im Schritt 142 be
stimmten Wert von λ gesetzt wird. Anschließend geht der
Ablauf weiter zum Schritt 162.
Im Schritt 162 wird die Variable λMedian mit dem λMedian-
Fenster verglichen, das feste Werte enthält und typi
scherweise empirisch bestimmt wird. Wenn der Wert von
Median im λMedian-Fenster liegt, was einen richtigen
Betrieb des Luft-/Kraftstoff-Sensors anzeigt, verläßt der
Programmablauf direkt die Luft-/Kraftstoff-Sensor-Überwa
chungsroutine.
Wenn dagegen der Wert von λMedian nicht im λMedian-Fenster
liegt, geht der Ablauf weiter zum Schritt 164, der eine
Fehlfunktion des Luft-/Kraftstoff-Sensors anzeigt. Wenn
dies der Fall ist, aktiviert die CPU 42 (Fig. 5) eine
geeignete Anzeigeeinrichtung 60, um die Bedienungsperson
des Fahrzeugs warnend darauf hinzuweisen, daß eine
Wartung erforderlich ist.
Das System der vorliegenden Erfindung kann auch für die
Überwachung einer Motorfehlzündung verwendet werden. In
den Fig. 14A bis 14E sind Phänomene dargestellt, die bei
einer Motorfehlzündung auftreten.
Fig. 14A veranschaulicht die Schwingungen, die von einem
Klopfsensor erfaßt werden, der bei jeder Motorverbrennung
die bei 170 und 172 gezeigten Ausgangssignale erzeugt.
Eine Motorfehlzündung ist zum Zeitpunkt 174 gezeigt, die
zum Ergebnis hat, daß direkt nach der Fehlzündung keine
Motorschwingungen auftreten, wie durch die Strichlinie
176 angedeutet ist.
Fig. 14B stellt einen Klopfindex dar. Der Klopfindex
fällt unter einen vorgegebenen Wert NOxSchwelle ab, wenn
eine Fehlzündung auftritt, wie bei 178 dargestellt ist.
Fig. 14C stellt eine berechnete Motordrehzahl dar, die
aus dem vom Drehzahlsensor 12 (Fig. 2B) ausgegebenen Wert
abgeleitet wird, wobei nach einem kurzen Zeitintervall
nach dem Zeitpunkt 174 der Fehlzündung eine leichte
Abnahme der Drehzahl auftritt, wie bei 179 gezeigt ist.
Da der Kraftstoff in der Verbrennungskammer während einer
Motorfehlzündung nicht verbrennt, ist das Abgas des
Motors ein fettes Gemisch, das daher in der Abgasströmung
vom Motor einen fetten Anteil erzeugt. Dieser fette
Anteil wird vom Luft-/Kraftstoff-Sensor 16 als negative
Spitze erfaßt, wie in Fig. 14D bei 180 dargestellt ist.
Da ferner der Luft-/Kraftstoff-Sensor 16 stromabseitig
von der Verbrennungskammer angeordnet ist, ist die
Ausgangsspitze 180 des Luft-/Kraftstoff-Sensors 16 gegen
den Zeitpunkt der Fehlzündung 174 verzögert.
Da während einer Motorfehlzündung keine Kraftstoffver
brennung auftritt, wird bei der Motorfehlzündung 174 kein
NOx erzeugt. Die Abwesenheit von NOx in der Abgasströmung
ist in Fig. 14E als negative Spitze 182 des Wertes N1 vom
NOx1-Sensor 22 dargestellt. Diese Spitze 182 vom NOx1-
Sensor ist ferner gegen das Ausgangssignal vom Luft-
/Kraftstoff-Sensor 16 zeitlich verzögert, da der NOx1-
Sensor 22 physikalisch stromabseitig vom Luft-
/Kraftstoff-Sensor 16 angeordnet ist.
In Fig. 15 ist ein Algorithmus für die Erfassung der
Motorfehlzündung gezeigt.
Im Schritt 190 wird die Drehzahländerung (Fig. 14C) mit
dem Drehzahlschwellenwert für eine im voraus definierte
"kleine" Fehlzündung verglichen, der vom Überwachungssy
stem der vorliegenden Erfindung ignoriert wird. Wenn die
Motordrehzahl größer als der Schwellenwert für eine
kleine Fehlzündung ist, was anzeigt, daß praktisch keine
Fehlzündung aufgetreten ist, geht der Programmablauf
direkt zum Schritt 192, was anzeigt, daß ein normaler
Motorbetrieb stattfindet, anschließend verläßt der
Programmablauf die Motorfehlzündungsroutine im Schritt
194.
Wenn dagegen die Abnahme der Motordrehzahl größer als der
Drehzahlschwellenwert für eine kleine Fehlzündung ist,
geht der Ablauf weiter zum Schritt 196, in dem die
Abnahme der Drehzahl mit dem Drehzahlschwellenwert für
eine große Fehlzündung verglichen wird. Wenn die Änderung
der Motordrehzahl geringer als eine im voraus definierte
"große" Motorfehlzündung ist, liegt die Fehlzündung in
einem annehmbaren Bereich, so daß der Ablauf zum Schritt
192 weitergeht und dann bei 194 die Fehlzündungsroutine
verläßt.
Wenn die Änderung der Motordrehzahl größer als der
Drehzahlschwellenwert für eine große Fehlzündung ist,
geht der Ablauf weiter zum Schritt 198, in dem der
Klopfindex (14B) mit dem Klopfschwellenwert verglichen
wird. Wenn der Klopfindex größer als der Klopfschwellen
wert ist, was einen normalen Motorbetrieb anzeigt, geht
der Ablauf direkt zum Schritt 192. Andernfalls geht der
Ablauf zum Schritt 200.
Im Schritt 200 wird die Änderung des Ausgangssignals des
Luft-/Kraftstoff-Sensors 16 mit einem im voraus festge
legten Luft-/Kraftstoff-Schwellenwert L/KSchwelle(Fehlzünd.)
verglichen. Wenn eine Änderung des Ausgangssignals des
Luft-/Kraftstoff-Sensors 16 geringer als der Schwellen
wert L/KSchwelle(Fehlzündung), geht der Ablauf direkt zum
Schritt 192, um die Fehlzündungsroutine im Schritt 194 zu
verlassen. Andernfalls geht der Ablauf weiter zum Schritt
202.
Im Schritt 202 wird die Änderung des Ausgangssignals des
NOx 1-Sensors (14E) mit einem im voraus festgelegten
Schwellenwert NOxSchwelle(Fehlzündpunkt) verglichen. Wenn die
Änderung des Ausgangssignals des NOx1-Sensors kleiner als
der Schwellenwert ist, was anzeigt, daß nur eine kleine
Fehlzündung aufgetreten ist, geht der Ablauf direkt
weiter zum Schritt 192, was einen annehmbaren Motorbe
trieb anzeigt, um anschließend die Fehlzündungsroutine im
Schritt 194 zu verlassen. Andernfalls geht der Ablauf
weiter zum Schritt 204, was anzeigt, daß eine nicht
annehmbare Fehlzündung aufgetreten ist. In diesem Zeit
punkt erzeugt die CPU 42 ein Ausgangssignal für die
Anzeigeeinrichtung 60, die die Bedienungsperson des
Fahrzeugs warnend darauf hinweist, daß eine nicht annehm
bare Fehlzündung aufgetreten ist.
Die vorangehende Beschreibung hat sich auf die Überwa
chung verschiedener Motorkomponenten einschließlich der
verschiedenen Motorsensoren bezogen, um eine Fehlfunktion
oder eine Verschlechterung der Komponenten und/oder der
Sensoren zu erfassen. Die Sensor-Ausgangssignale können
jedoch ebenso für die Steuerung verschiedener Motorbe
triebsfunktionen verwendet werden, um den Motorbetrieb zu
optimieren und/oder die Motoremissionen zu reduzieren.
Das Abgasrückführung (AGR) ist lange Zeit dazu verwendet
worden, die Konzentration von NOx im Abgas des Motors zu
verringern. Bei der Abgasrückführung wird ein Teil des
Motorabgases in den Motoransaugkrümmer zurückgeführt.
Dabei kühlen die Abgase die Verbrennungskammer des Motors
und erzwingen in der folgenden Formel:
N2 + O2 → 2NO (7)
einen Ablauf nach links und führen somit zu unschädlichen
Emissionen. Weiterhin ist im Hinblick auf einen wirt
schaftlichen Kraftstoffverbrauch eine geringe AGR von
beispielsweise 5-6% wünschenswert. Der optimale Prozent
satz der AGR ändert sich jedoch im Laufe der Alterung des
Motors. Beispielsweise beeinflußt eine Verrußung des
Motors nach einem langen Gebrauch die Wärmeübertragung
von der Verbrennungskammer, was wiederum die Anteile von
NOx erhöht und somit die AGR-Menge, die erforderlich ist,
um NOx in annehmbare Grenzen zu verringern.
In Fig. 16 ist das Ausgangssignal N1 des NOx1-Sensors in
Abhängigkeit von der NOx-Konzentration vor dem katalyti
schen NOx-Umwandler 20 durch den Graphen 210 dargestellt.
Das Ausgangssignal N2 vom NOx2-Sensor 24 ist in Fig. 16
durch den Graphen 212 dargestellt. Bei einem vorgegebenen
Pegel der NOx-Konzentration, die im Punkt 214 gezeigt
ist, beseitigt der katalytische NOx-Umwandler 20 im
wesentlichen das gesamte NOx aus den Motoremissionen, so
daß der Ausgang N2 des NOx2-Sensors im wesentlichen 0
ist. Da es nicht notwendig ist, das NOx über das AGR-
System auf einen Betrag zu verkleinern, der kleiner als
die Menge ist, die der katalytische NOx-Umwandler 20
beseitigen kann, ist es wünschenswert, die Abgasrückfüh
rung auf dem optimalen Betrag der AGR im Punkt 214 zu
halten, so daß das Ausgangssignal vom NOx1-Sensor gleich
N1op ist. Wie oben beschrieben, verändert sich dieser
Wert N1op im Verlauf der Motoralterung.
In Fig. 17 ist ein Algorithmus für die AGR-Steuerung
gezeigt. Im Schritt 216 werden die Werte N1 und N2 des
NOx1-Sensors 22 bzw. NOx2-Sensors 24 gelesen. Anschlie
ßend wird im Schritt 218 festgestellt, ob der Wert N2 vom
NOx2-Sensor gleich oder kleiner als der Basispegel N2Basis
ist (Fig. 16). Wenn dies der Fall ist, wird im Schritt
220 der Wert N1op(-) gleich N1 gesetzt, anschließend wird
der Wert von N1op gemäß der folgenden Formel
neu definiert.
Wenn dagegen das Ausgangssignal N2 des NOx2-Sensors nicht
den Basispegel N2Basis besitzt, geht der Ablauf direkt
weiter zum Schritt 222. Nach der Neudefinition des Wertes
von N1op im Schritt 220 geht der Ablauf ebenfalls weiter
zum Schritt 222.
Im Schritt 222 bestimmt der Algorithmus, ob der Wert N2
des NOx2-Sensors noch immer den N2Basis-Pegel besitzt.
Wenn dies nicht der Fall ist, geht der Ablauf weiter zum
Schritt 224, um die Abgasrückführung zu erhöhen und dann
zum Beginn der AGR-Routine zurückzuspringen.
Wenn dagegen der N2-Wert des NOx2-Sensors im Schritt 222
noch immer den N2-Basispegel besitzt, geht der Ablauf
weiter zum Schritt 226, in dem die Zentraleinheit 42 ein
Ausgangssignal an die AGR-Steuerung 26 erzeugt, um die
AGR zu erniedrigen. Dabei wird das Signal N1 des NOx1-
Sensors 22 näher an den optimalen Punkt und an N1op
bewegt.
Dann geht der Ablauf weiter zum Schritt 228, in dem
bestimmt wird, ob der Wert N2 des NOx2-Sensors über den
N2Basis-Pegel angestiegen ist. Wenn dies nicht der Fall
ist, geht der Ablauf weiter zum Schritt 230 und verläßt
die AGR-Routine. Andernfalls geht der Ablauf weiter zum
Schritt 232, in dem dem momentanen Wert N1 des NOx1-
Sensors der Wert N1op(+) zugewiesen wird und dann der
Wert N1op durch die folgende Gleichung
neu definiert wird.
Nach dem Schritt 232 verläßt der Ablauf die AGR-Routine
im Schritt 230.
Durch iteratives Ausführen der obenbeschriebenen AGR-
Routine wird das Ausmaß der AGR nahe am optimalen Punkt
N1op gehalten, wie in Fig. 16 gezeigt ist. Dadurch wird
der katalytische NOx-Umwandler 20 nur mit derjenigen
Menge NOx beschickt, die er sicher verringern kann, so
daß das Ausgangssignal des NOx2-Sensors 24 und somit die
NOx-Emissionen des Verbrennungsmotors auf einem minimalen
und annehmbaren Pegel gehalten werden können.
Um den wirksamen Betrieb des Dreiwegekatalysators 18
aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, daß der Dreiwegeka
talysator 18 unterhalb von im voraus gesetzten Tempera
turbereichen gehalten wird. Andernfalls verringern
übermäßige Temperaturen im Dreiwegekatalysator 18 den
Wirkungsgrad, was sich nachteilig auf die Gesamtemissio
nen in der Abgasströmung auswirkt.
Um eine Überhitzung des Dreiwegekatalysators 18 zu
verhindern, wird ein Sekundärluftsystem 34 (Fig. 2) durch
die CPU 42 so gesteuert, daß in den Dreiwegekatalysator
18 Kühlungsluft eingeleitet wird, um eine Überhitzung des
Dreiwegekatalysators 18 zu verhindern. Vorzugsweise wird
die Sekundärluft in die Abgasströmung in der Nähe des
Abgasauslasses des Motors und zum Auslaßventil geleitet.
Eine solche Einleitung von Sekundärluft hat den Vorteil,
daß das Auslaßventil und die zugehörige Struktur gekühlt
werden. Da ferner die Abgasströmung noch immer eine hohe
Temperatur besitzt, tritt eine gewisse Verringerung von
NOx auf, da in der folgenden Gleichung:
NOx → N2O2 (10)
ein Ablauf nach rechts erzwungen wird.
In Fig. 18 ist ein Algorithmus für die Steuerung der
Einleitung von Sekundärluft in den Dreiwegekatalysator 18
gezeigt. Im Schritt 250 werden zunächst sowohl das Luft-
/Kraftstoff-Gemisch vom L/K-Sensor 16 als auch der Wert
N1 des NOx1-Sensors 22 gelesen. Dann geht der Ablauf
weiter zum Schritt 252.
Im Schritt 252 bestimmt der Algorithmus zunächst, ob die
Motorverbrennung auf dem stöchiometrischen Punkt, d. h.
bei λ = 1 arbeitet. Wenn dies der Fall ist, geht der
Ablauf weiter zum Schritt 264, in dem das Sekundärluft
ventil geschlossen wird, wodurch die Sekundärlufteinlei
tung in die Abgasströmung beendet wird.
Wenn die Motorverbrennung nicht auf dem stöchiometrischen
Punkt liegt, geht der Ablauf weiter zum Schritt 256, in
dem festgestellt wird, ob λ größer als 1 ist. Wenn dies
der Fall ist, was anzeigt, daß eine magere Verbrennung
stattfindet, geht der Ablauf zum Schritt 254. Andern
falls, d. h. wenn λ < 1 ist, was eine fette Verbrennung
anzeigt, geht der Ablauf weiter zum Schritt 258.
Im Schritt 258 ist Sekundärluft erwünscht, so daß die
Zentraleinheit 42 Steuersignale für das Sekundärluftsy
stem 34 erzeugt, damit dieses System 34 Sekundärluft in
die Abgasströmung einleitet. Nach dem Schritt 258 verläßt
der Algorithmus die Sekundärluft-Routine im Schritt 260.
Dagegen geht der Ablauf sowohl im stöchiometrischen
Betrieb als auch im Betrieb mit magerer Verbrennung vom
Schritt 254 weiter zum Schritt 262, in dem der Wert N1
des NOx1-Sensors 22 mit einem vorgegebenen Schwellenwert,
z. B. λSchwelle = 1,1 verglichen wird. Wenn der Wert NOx
des NOx1-Sensors den Schwellenwert λSchwelle übersteigt,
geht der Ablauf vom Schritt 262 weiter zum Schritt 258,
in dem die Sekundärlufteinleitung wie oben beschrieben
aktiviert wird. Andernfalls wird das Sekundärluft-Ventil
im Schritt 264 geschlossen.
Das Hilfsluftsystem 28 (Fig. 2) wird dazu verwendet,
zusätzliche Luft durch die Kraftstoffeinspritzdüsen in
den Motor einzuleiten, um die Verdampfung des Kraftstoffs
und somit den Wirkungsgrad der Kraftstoffverbrennung zu
steigern. In Fig. 19 ist ein Algorithmus für die Steue
rung der Operation des Hilfsluftsystems 28 gezeigt.
Im Schritt 280 liest der Algorithmus die Werte des
Drosselklappenpositionssensors 15, des Motordrehzahlsen
sors 12, des Luftmengensensors 14, der Kühlmitteltempera
tur und dergleichen. Anschließend geht der Ablauf weiter
zum Schritt 282. Im Schritt 282 bestimmt der Algorithmus,
ob der Motor derzeit im Leerlauf ist, indem er das Signal
des Drosselklappenpositionssensors 15 mit der Leerlaufpo
sition vergleicht.
Unter der Annahme, daß die Drosselklappe offen ist, geht
der Ablauf vom Schritt 282 weiter zum Schritt 284, in dem
das Signal des Drosselklappenpositionssensors 15 mit
einem vorgegebenen großen Drosselklappen-Öffnungswinkel
verglichen wird. Wenn die Drosselklappe weit geöffnet
ist, wird maximale Leistung gewünscht, so daß jede
Hilfsluftzufuhr beendet werden sollte. Folglich geht der
Ablauf bei weit geöffneter Drosselklappe vom Schritt 284
weiter zum Schritt 286, in dem die Zentraleinheit 42 ein
Signal für das Hilfsluftsystem 28 erzeugt, um die Hilfs
luftzufuhr zu unterbrechen. Anschließend geht der Ablauf
weiter zum Schritt 288, in dem er die Hilfsluft-Routine
verläßt; alternativ wird die Hilfsluftroutine 18 erneut
durchlaufen, indem zum Schritt 280 zurückgesprungen wird.
Wenn dagegen die Drosselklappe zwar geöffnet, jedoch
nicht weit geöffnet ist, geht der Ablauf vom Schritt 284
weiter zum Schritt 290, in dem die für die Hilfsluft
optimale Impulsbreite des Kraftstoffeinspritzimpulses F1
bestimmt wird. Dann wird die Hilfsluftzufuhr im Schritt
292 entsprechend der im Schritt 290 ausgeführten Bestim
mung aktiviert, woraufhin der Ablauf im Schritt 288 die
Hilfsluftroutine verläßt.
Unter der Annahme, daß die Drosselklappe geschlossen ist,
geht der Ablauf vom Schritt 282 weiter zum Schritt 294,
in dem bestimmt wird, ob der Motor einer Kaltstartbedin
gung unterliegt, in dem die Motorkühlmitteltemperatur mit
einer Schwellentemperatur verglichen wird. Wenn dies der
Fall ist, geht der Ablauf weiter zum Schritt 296. Im
Schritt 296 erzeugt die Zentraleinheit 42 Ausgangssignale
für das Hilfsluftsystem 28, um ununterbrochen Luft in den
Verbrennungszylinder einzuleiten. Nach dem Schritt 296
verläßt der Programmablauf die Hilfsluftroutine über den
Schritt 288.
Wenn die Drosselklappe bei warmem Motor geschlossen ist,
geht der Programmablauf vom Schritt 294 weiter zum
Schritt 298. Im Schritt 298 wird festgestellt, ob der
Motor im Leerlauf ist. Eine solche Feststellung kann
beispielsweise durch Vergleichen mit dem Ausgangssignal
des Drehzahlsensors 12 ausgeführt werden. Wenn der Motor
im Leerlauf ist, geht der Ablauf vom Schritt 298 weiter
zum Schritt 290, in dem eine gepulste Hilfsluft für die
Kraftstoffeinspritzung auf die obenerwähnte Weise erzeugt
wird. Wenn dagegen keine Leerlaufbedingung vorliegt, wie
dies bei einem Motorbremsvorgang der Fall ist, geht der
Ablauf weiter zum Schritt 300, in dem das Hilfsluftsystem
28 abgeschaltet wird.
Zusammengefaßt schafft die vorliegende Erfindung ein
neues Verfahren und ein neues System für die Überwachung
verschiedener Motorkomponenten und für die Steuerung der
Motorzündungs- und Abgasemissionskomponenten eines
Verbrennungsmotors.
Selbstverständlich werden sämtliche der obenbeschriebenen
Algorithmen, die von der CPU 42 abgearbeitet werden,
wiederholt ausgeführt. Weiterhin kann dafür gesorgt sein,
daß irgendeiner oder sämtliche der Algorithmen von der
CPU nur dann abgearbeitet werden, wenn bestimmte statio
näre Motorzustände vorliegen.
Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen
beschrieben worden ist, kann der Fachmann selbstverständ
lich verschiedene Abwandlungen vornehmen, ohne vom Geist
und vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Claims (23)
1. Motorüberwachungssystem für den Einsatz in einem
Verbrennungsmotor (10), dessen Abgase Stickoxide umfassen
und der ein Motorabgassystem sowie Einrichtungen (18, 20,
26, 28, 34) in diesem Abgassystem für die Verringerung
unerwünschter Motoremissionen umfaßt,
gekennzeichnet durch
mehrere Sensoren (12, 14, 15, 16, 22, 24) für die Erfassung verschiedener Motorbetriebsbedingungen und für die Erzeugung von Ausgangssignalen, die diese Motorbe triebsbedingungen repräsentieren, wobei wenigstens einer dieser Sensoren einen Gassensor (22, 24) umfaßt, der dem Abgassystem zugehört und ein Ausgangssignal (N1) erzeugt, das die Konzentration eines im voraus gewählten Gases in den Motorabgasemissionen angibt; und
Einrichtungen (40, 42, 60), die auf die Ausgangs signale der Sensoren (12, 14, 15, 16, 22, 24) ansprechen, um den Zustand der ausgewählten Motorkomponenten und/oder die ausgewählten Motorbetriebsbedingungen anzuzeigen.
gekennzeichnet durch
mehrere Sensoren (12, 14, 15, 16, 22, 24) für die Erfassung verschiedener Motorbetriebsbedingungen und für die Erzeugung von Ausgangssignalen, die diese Motorbe triebsbedingungen repräsentieren, wobei wenigstens einer dieser Sensoren einen Gassensor (22, 24) umfaßt, der dem Abgassystem zugehört und ein Ausgangssignal (N1) erzeugt, das die Konzentration eines im voraus gewählten Gases in den Motorabgasemissionen angibt; und
Einrichtungen (40, 42, 60), die auf die Ausgangs signale der Sensoren (12, 14, 15, 16, 22, 24) ansprechen, um den Zustand der ausgewählten Motorkomponenten und/oder die ausgewählten Motorbetriebsbedingungen anzuzeigen.
2. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das im voraus gewählte Gas ein
Stickoxid ist.
3. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Sensoren einen Luft-/Kraftstoff-
Sensor (16) umfassen, der ein Ausgangssignal erzeugt, das
das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Motors (10) dar
stellt.
4. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Einrichtungen für die Verringe
rung der Motorabgasemissionen einen Dreiwegekatalysator
(18) umfassen, der Kohlenwasserstoffe, Stickoxide und
Kohlenmonoxide in der Abgasströmung verringert.
5. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gassensor (22, 24) funktional
stromabseitig vom Dreiwegekatalysator (18) angeordnet ist
und die Einrichtungen für die Verringerung der Motorabga
semissionen einen katalytischen Stickoxidumwandler (20),
der die Abgasströmung vom Dreiwegekatalysator (18)
empfängt, sowie Einrichtungen umfassen, die eine Fehl
funktion des katalytischen Stickoxid-Umwandlers (20)
erfassen und ihrerseits enthalten:
einen zweiten Gassensor (24), der in der Abgas strömung stromabseitig vom katalytischen Stickoxid- Umwandler (20) angeordnet ist und ein Ausgangssignal (N2) erzeugt, das sich in Abhängigkeit von der Konzentration der Stickoxide in der Abgasströmung verändert;
eine Einrichtung (40, 42) zum Lesen des Ausgangs signals (N1) vom ersten Gassensor (22) und zum Lesen des Ausgangssignals (N2) vom zweiten Gassensor (24); eine Einrichtung (40, 42) für die Erzeugung eines Wirkungsgrades des katalytischen Stickoxid-Umwandlers (20), der gleich (N1-N2)/K ist, wobei K eine im voraus gewählte Konstante ist;
eine Einrichtung (42) zum Vergleichen des Wir kungsgrades mit einem im voraus gesetzten Schwellenwert; und
eine Einrichtung (42) für die Erzeugung eines Anzeige-Ausgangssignals, wenn der Wirkungsgrad den Schwellenwert übersteigt.
einen zweiten Gassensor (24), der in der Abgas strömung stromabseitig vom katalytischen Stickoxid- Umwandler (20) angeordnet ist und ein Ausgangssignal (N2) erzeugt, das sich in Abhängigkeit von der Konzentration der Stickoxide in der Abgasströmung verändert;
eine Einrichtung (40, 42) zum Lesen des Ausgangs signals (N1) vom ersten Gassensor (22) und zum Lesen des Ausgangssignals (N2) vom zweiten Gassensor (24); eine Einrichtung (40, 42) für die Erzeugung eines Wirkungsgrades des katalytischen Stickoxid-Umwandlers (20), der gleich (N1-N2)/K ist, wobei K eine im voraus gewählte Konstante ist;
eine Einrichtung (42) zum Vergleichen des Wir kungsgrades mit einem im voraus gesetzten Schwellenwert; und
eine Einrichtung (42) für die Erzeugung eines Anzeige-Ausgangssignals, wenn der Wirkungsgrad den Schwellenwert übersteigt.
6. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 1, mit
einer Einrichtung (16) für die Bestimmung des Luftüber
schußverhältnisses (λ) der Motorverbrennung,
dadurch gekennzeichnet, daß
das System Einrichtungen für die Erfassung einer Fehlfunktion des Gassensors (22, 24) umfaßt, die ihrer seits enthalten:
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor mit einem im wesentlichen stöchiometrischen Luft- /Kraftstoff-Verhältnis (λstöch) arbeitet, und eine Ein richtung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen stöchiometrischen Wert (N1stöch) speichert;
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem vorgegebenen mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (λ1mager) arbeitet und eine Einrichtung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen mageren Wert (N1mager) speichert;
eine Einrichtung (42), die ein Signalverhältnis SR gemäß der Formel SR = N1mager/N1stöch berechnet;
eine Einrichtung (42), die den berechneten Wert von SR mit einem im voraus festgelegten Schwellenwert für SR vergleicht; und
eine Einrichtung (42), die ein Anzeige-Ausgangs signal erzeugt, wenn der berechnete Wert von SR kleiner als der Schwellenwert von SR ist.
das System Einrichtungen für die Erfassung einer Fehlfunktion des Gassensors (22, 24) umfaßt, die ihrer seits enthalten:
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor mit einem im wesentlichen stöchiometrischen Luft- /Kraftstoff-Verhältnis (λstöch) arbeitet, und eine Ein richtung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen stöchiometrischen Wert (N1stöch) speichert;
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem vorgegebenen mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (λ1mager) arbeitet und eine Einrichtung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen mageren Wert (N1mager) speichert;
eine Einrichtung (42), die ein Signalverhältnis SR gemäß der Formel SR = N1mager/N1stöch berechnet;
eine Einrichtung (42), die den berechneten Wert von SR mit einem im voraus festgelegten Schwellenwert für SR vergleicht; und
eine Einrichtung (42), die ein Anzeige-Ausgangs signal erzeugt, wenn der berechnete Wert von SR kleiner als der Schwellenwert von SR ist.
7. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 4, bei dem
die Sensoren einen Sensor (16) enthalten, der ein das
Luftüberschußverhältnis (λ) darstellendes Signal erzeugt,
gekennzeichnet durch Einrichtungen für die Erfassung
einer Fehlfunktion des Dreiwegekatalysators (18), die
enthalten:
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem vorgegebenen fetten Kraftstoffverhältnis (λfett) arbeitet und eine Einrich tung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen fetten Luft-Kraft stoff-Verhältniswert (N1fett) speichert;
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem vorgegebenen mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (λmager) arbeitet und eine Einrichtung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen mageren Luft- /Kraftstoff-Verhältniswert (N1mager) speichert;
eine Einrichtung (42), die einen Schwellenwert N1Schwelle(DWK) gemäß der Formel N1Schwelle(DWK) = (N1fett + N1mager)/K berechnet, wobei K eine im voraus gewählte Konstante ist;
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem stöchiometrischen Luft- /Kraftstoff-Verhältnis (λstöch) arbeitet, und eine Ein richtung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältniswert (N1stöch) speichert; und
eine Einrichtung (42), die den Schwellenwert (N1stöch) mit dem berechneten Schwellenwert (N1Schwelle(DWK) vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Fehlfunktion des Dreiwegekatalysators (18) anzeigt, wenn N1stöch den Schwellenwert N1Schwelle(DWK) übersteigt.
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem vorgegebenen fetten Kraftstoffverhältnis (λfett) arbeitet und eine Einrich tung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen fetten Luft-Kraft stoff-Verhältniswert (N1fett) speichert;
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem vorgegebenen mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (λmager) arbeitet und eine Einrichtung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen mageren Luft- /Kraftstoff-Verhältniswert (N1mager) speichert;
eine Einrichtung (42), die einen Schwellenwert N1Schwelle(DWK) gemäß der Formel N1Schwelle(DWK) = (N1fett + N1mager)/K berechnet, wobei K eine im voraus gewählte Konstante ist;
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem stöchiometrischen Luft- /Kraftstoff-Verhältnis (λstöch) arbeitet, und eine Ein richtung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen stöchiometrischen Luft-/Kraftstoff-Verhältniswert (N1stöch) speichert; und
eine Einrichtung (42), die den Schwellenwert (N1stöch) mit dem berechneten Schwellenwert (N1Schwelle(DWK) vergleicht und ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Fehlfunktion des Dreiwegekatalysators (18) anzeigt, wenn N1stöch den Schwellenwert N1Schwelle(DWK) übersteigt.
8. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem
die Sensoren einen Luft-/Kraftstoff-Sensor (16) umfassen,
der ein das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis des Motors (10)
darstellendes Ausgangssignal erzeugt, gekennzeichnet
durch Einrichtungen für die Erfassung einer Fehlfunktion
des Luft-/Kraftstoff-Sensors, die enthalten:
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem im voraus festgelegten fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (λfett) arbeitet und eine Einrichtung (40, 42), die anschließend das Ausgangs signal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältniswert (N1fett) speichert;
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem vorgegebenen mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (λmager) arbeitet und eine Einrichtung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen mageren Luft- /Kraftstoff-Verhältniswert (N1mager) speichert;
eine Einrichtung (42), die einen Medianwert (N1Median) gemäß der Formel N1Median = (N1fett + N1mager)/K berechnet, wobei K eine im voraus gewählte Konstante ist;
eine Einrichtung (40, 42), die das momentane Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und fest stellt, wenn das momentane Ausgangssignal (N1) in einer im voraus festgelegten Umgebung von N1Median liegt, um danach das momentane Luftüberschußverhältnis (λ) mit einem im voraus festgelegten Bereich des Luftüberschuß verhältnisses (λ) zu vergleichen; und
eine Einrichtung (42), die ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Fehlfunktion des Luft-/Kraftstoff- Sensors (16) anzeigt, wenn das momentane Luftüberschuß verhältnis (λ) außerhalb des im voraus festgelegten Bereichs des Luftüberschußverhältnisses (λ) liegt.
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem im voraus festgelegten fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (λfett) arbeitet und eine Einrichtung (40, 42), die anschließend das Ausgangs signal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen fetten Luft-/Kraftstoff-Verhältniswert (N1fett) speichert;
eine Einrichtung (42), die feststellt, ob der Motor im wesentlichen mit einem vorgegebenen mageren Luft-/Kraftstoff-Verhältnis (λmager) arbeitet und eine Einrichtung (40, 42), die anschließend das Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und einen mageren Luft- /Kraftstoff-Verhältniswert (N1mager) speichert;
eine Einrichtung (42), die einen Medianwert (N1Median) gemäß der Formel N1Median = (N1fett + N1mager)/K berechnet, wobei K eine im voraus gewählte Konstante ist;
eine Einrichtung (40, 42), die das momentane Ausgangssignal (N1) vom Gassensor (22) liest und fest stellt, wenn das momentane Ausgangssignal (N1) in einer im voraus festgelegten Umgebung von N1Median liegt, um danach das momentane Luftüberschußverhältnis (λ) mit einem im voraus festgelegten Bereich des Luftüberschuß verhältnisses (λ) zu vergleichen; und
eine Einrichtung (42), die ein Ausgangssignal erzeugt, das eine Fehlfunktion des Luft-/Kraftstoff- Sensors (16) anzeigt, wenn das momentane Luftüberschuß verhältnis (λ) außerhalb des im voraus festgelegten Bereichs des Luftüberschußverhältnisses (λ) liegt.
9. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 1, bei dem
die Sensoren einen Motordrehzahlsensor (12), einen
Motorklopfsensor und einen Luft-/Kraftstoffsensor (16)
umfassen,
gekennzeichnet durch
Einrichtungen für die Erfassung einer Motorfehl zündung, die enthalten:
eine Einrichtung (40, 42) zum Lesen der Ausgangs signale vom Gassensor (22, 24), vom Drehzahlsensor (12), vom Klopfsensor und vom Luft-/Kraftstoff-Sensor (16); eine Einrichtung (42) zum Vergleichen eines jeden Sensor-Ausgangssignals mit entsprechenden im voraus gewählten Schwellenwerten, wobei jedem Sensor ein Schwel lenwert zugeordnet ist; und
eine Einrichtung (42), die ein Anzeige-Ausgangs signal erzeugt, das eine Motorfehlzündung anzeigt, wenn jeder der Sensor-Ausgangssignale seinen zugehörigen Schwellenwert übersteigt.
gekennzeichnet durch
Einrichtungen für die Erfassung einer Motorfehl zündung, die enthalten:
eine Einrichtung (40, 42) zum Lesen der Ausgangs signale vom Gassensor (22, 24), vom Drehzahlsensor (12), vom Klopfsensor und vom Luft-/Kraftstoff-Sensor (16); eine Einrichtung (42) zum Vergleichen eines jeden Sensor-Ausgangssignals mit entsprechenden im voraus gewählten Schwellenwerten, wobei jedem Sensor ein Schwel lenwert zugeordnet ist; und
eine Einrichtung (42), die ein Anzeige-Ausgangs signal erzeugt, das eine Motorfehlzündung anzeigt, wenn jeder der Sensor-Ausgangssignale seinen zugehörigen Schwellenwert übersteigt.
10. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gassensor (22, 24) Titanoxid
enthält.
11. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gassensor (22, 24) Zinnoxid
enthält.
12. Motorüberwachungssystem gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß der Gassensor (22, 24) Nioboxid
enthält.
13. System zur Verringerung der Emissionen eines
Verbrennungsmotors (10), dessen Abgasemissionen Stick
oxide enthalten und der ein Abgassystem enthält, mit
Einrichtungen (18, 20, 26, 28, 34), um unerwünschte
Motoremissionen zu verringern, und mehreren Steuerein
richtungen (30, 32), um die Motorbetriebsparameter zu
verändern,
gekennzeichnet durch
mehrere Sensoren (12, 14, 15, 16, 22, 24) für die Erfassung verschiedener Motorbetriebsbedingungen und für die Erzeugung von Ausgangssignalen, die diese repräsen tieren, wobei wenigstens einer der Sensoren einen Gassen sor (22, 24) umfaßt, der mit dem Abgassystem in Verbin dung steht und ein Ausgangssignal erzeugt, das die Konzentration eines im voraus gewählten Gases in den Motorabgasemissionen angibt; und
eine Einrichtung (40, 42), die auf die Ausgangs signale von den Sensoren (12, 14, 15, 16, 22, 24) an spricht, um die Steuereinrichtungen (30, 32) während im voraus gewählter Motorbetriebsbedingungen zu steuern, derart, daß der Motorbetrieb optimiert wird und/oder unerwünschte Motorabgasemissionen bei im voraus gewählten Motorbetriebsbedingungen verringert werden.
gekennzeichnet durch
mehrere Sensoren (12, 14, 15, 16, 22, 24) für die Erfassung verschiedener Motorbetriebsbedingungen und für die Erzeugung von Ausgangssignalen, die diese repräsen tieren, wobei wenigstens einer der Sensoren einen Gassen sor (22, 24) umfaßt, der mit dem Abgassystem in Verbin dung steht und ein Ausgangssignal erzeugt, das die Konzentration eines im voraus gewählten Gases in den Motorabgasemissionen angibt; und
eine Einrichtung (40, 42), die auf die Ausgangs signale von den Sensoren (12, 14, 15, 16, 22, 24) an spricht, um die Steuereinrichtungen (30, 32) während im voraus gewählter Motorbetriebsbedingungen zu steuern, derart, daß der Motorbetrieb optimiert wird und/oder unerwünschte Motorabgasemissionen bei im voraus gewählten Motorbetriebsbedingungen verringert werden.
14. System zur Verringerung von Motoremissionen gemäß
Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das im voraus
gewählte Gas ein Stickoxid ist.
15. System zur Verringerung von Motoremissionen gemäß
Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerein
richtung eine Einrichtung (AGR, 26) für die Rückführung
eines Teils der Abgasemissionen vom Motor (10) in den
Ansaugbereich des Motors umfaßt.
16. System zur Verringerung von Motoremissionen gemäß
Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgassystem
einen katalytischen Stickoxid-Umwandler (20) enthält, der
eine im voraus festgelegte Konzentration von Stickoxiden
verringern kann, und das System eine Einrichtung (22, 24)
für die Erfassung der Stickoxidemissionen des Abgassy
stems sowie eine Einrichtung (42) zum Steuern der Rück
führungseinrichtung (AGR, 26) umfaßt, derart, daß die
Menge des rückgeführten Abgases ausreicht, um die
Stickoxidkonzentration in der Abgasströmung auf eine im
voraus festgelegte Konzentration zu verringern.
17. System zur Verringerung von Motoremissionen gemäß
Anspruch 13, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (34)
für die Einleitung von Luft in den Dreiwegekatalysator
(18), eine Einrichtung (16) für die Bestimmung des Luft-
/Kraftstoff-Verhältnisses und eine Einrichtung (42) für
die Aktivierung der Lufteinleiteinrichtung (34), wenn das
Luft-/Kraftstoff-Verhältnis ein mageres oder ein stöchio
metrisches Verhältnis ist und der Wert vom Gassensor (22,
24) einen im voraus festgelegten Schwellenwert über
steigt.
18. System zur Verringerung von Motoremissionen gemäß
Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (42),
die die Lufteinleiteinrichtung (34) bei einem Motorbe
trieb mit fettem Luft-/Kraftstoff-Gemisch aktiviert.
19. System zur Verringerung von Motoremissionen gemäß
Anspruch 13, bei dem die Sensoren einen Drosselklappenpo
sitionssensor (DKPS, 15) enthalten, der ein die Position
der Drosselklappe angebendes Ausgangssignal erzeugt, und
bei dem der Motor (10) Kraftstoffeinspritzeinrichtungen
(30), eine Einrichtung (28) für die wahlweise Einleitung
von Luft in die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (30)
sowie eine Einrichtung (42) für die Steuerung der Einlei
tung von Luft in die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen
(30) umfaßt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (42) umfaßt:
eine Einrichtung zum Lesen des Drosselklappenpo sitionssensors (DKPS, 15); und
eine Einrichtung, die auf einen Drosselklappen öffnungswinkel anspricht, der kleiner als ein großer Drosselklappenöffnungswinkel ist, um die Einrichtung (28) zum Einleiten von Luft in die Kraftstoffeinspritzeinrich tungen (30) zu aktivieren, damit sie in Impulsen, die mit der Einspritzung des Kraftstoffs mittels der Kraftstof feinspritzeinrichtungen (30) synchronisiert sind, Luft einleitet.
dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (42) umfaßt:
eine Einrichtung zum Lesen des Drosselklappenpo sitionssensors (DKPS, 15); und
eine Einrichtung, die auf einen Drosselklappen öffnungswinkel anspricht, der kleiner als ein großer Drosselklappenöffnungswinkel ist, um die Einrichtung (28) zum Einleiten von Luft in die Kraftstoffeinspritzeinrich tungen (30) zu aktivieren, damit sie in Impulsen, die mit der Einspritzung des Kraftstoffs mittels der Kraftstof feinspritzeinrichtungen (30) synchronisiert sind, Luft einleitet.
20. System zur Verringerung von Motoremissionen gemäß
Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinleit
impulse den zugehörigen Kraftstoffeinspritzimpulsen um
einen vorgegebenen Betrag voreilen.
21. System zur Verringerung von Motoremissionen gemäß
Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (42)
für die Aktivierung der Einrichtung (28) zum Einleiten
von Luft in die Kraftstoffeinspritzeinrichtung (30) in
mit der Einspritzung des Kraftstoffs mittels der Kraft
stoffeinspritzeinrichtungen (30) synchronen Impulsen im
Zustand eines warmen und im Leerlauf befindlichen Motors.
22. System zur Verringerung von Motoremissionen gemäß
Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlei
timpulse den zugehörigen Kraftstoffeinspritzimpulsen um
einen vorgegebenen Betrag voreilen.
23. System zur Verringerung von Motoremissionen gemäß
Anspruch 19, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (42),
die die Einrichtung (28) zum Einleiten von Luft in die
Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (30) in einem Zustand
mit geschlossener Drosselklappe und kaltem Motor ununter
brochen aktiviert.
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US08/015,930 US5426934A (en) | 1993-02-10 | 1993-02-10 | Engine and emission monitoring and control system utilizing gas sensors |
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---|---|
DE4402850A1 true DE4402850A1 (de) | 1994-08-18 |
DE4402850C2 DE4402850C2 (de) | 2000-01-27 |
Family
ID=21774407
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4402850A Expired - Fee Related DE4402850C2 (de) | 1993-02-10 | 1994-01-31 | Vorrichtung zum Erfassen der Funktionsfähigkeit einzelner Komponenten einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine |
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---|---|
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