DE4410489C1 - Verfahren zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor mit Katalysator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor mit Katalysator mittels Lambdawerteinstellung, in welchem ein gegenüber dem stöchiometrischen Wert erniedrigter Lambdawert eingestellt wird, wenn die angeforderte Motorleistung einen vorgegebenen hohen Leistungsbereich erreicht.

Derartige Verfahren finden vor allem für Kraftfahrzeuge Verwen­ dung und sind beispielsweise in der Patentschrift US 4.143.623 und der Offenlegungsschrift DE 38 42 096 A1 offenbart. Sobald der Motorbetrieb im erhöhten Lastbereich liegt, wird bei diesen bekannten Verfahren die Regelung um den stöchiometrischen Lambdawert eins von einer Steuerung ersetzt, die den Lambdawert auf einen niedrigeren Wert als eins setzt. Durch die Einstel­ lung des erniedrigten Lambdawertes wird dem Motor ein fetteres Luft/Kraftstoff-Gemisch zugeführt, wodurch sich ein höheres Drehmoment erzielen läßt, was insbesondere im Vollast- oder Kick-down-Betrieb erwünscht ist. Eine weitere derartige so­ genannte Beschleunigungsanreicherung ist in der Offenlegungs­ schrift DE 35 19 476 A1 beschrieben, wobei dort eine ergänzende Zündzeitpunktverstellung offenbart wird. In der Patentschrift US 4.936.278 ist zur besseren Anpassung an unterschiedliche Kraftstoffe ein Beschleunigungsanreicherungs-Verfahren be­ schrieben, bei dem nach einer ersten Erhöhung des Kraftstoff­ anteils nach Aktivierung der Beschleunigungsanreicherung stu­ fenweise eine zweite Erhöhung vorgenommen wird, wenn sich das nach der ersten Erhöhung ergebende Gemisch als zu mager heraus­ stellt. Bei einem aus der internationalen Patentanmeldung WO 90/06428 bekannten Verfahren ist vorgesehen, während der Be­ triebsphase der Beschleunigungsanreicherung den Anreicherungs­ faktor in Abhängigkeit von der Motordrehzahl und dem Lambdason­ densignal variabel einzustellen. Bei länger andauerndem Voll­ lastbetrieb sind diese bekannten Methoden der Beschleunigungs­ anreicherung von einem erhöhten Schadstoffausstoß begleitet.

Es ist andererseits bekannt, daß der zur Abgaskonvertierung dienende Katalysator eine gewisse Sauerstoffmenge einzuspei­ chern vermag. Dieser Effekt wird bereits verschiedentlich zur Einstellung eines gewünschten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgenutzt. So wird von Hideaki Katashiba et.al., "Fuel Injec­ tion Control Systems that improve Three Way Catalyst Conversion Efficiency", SAE 1991 TRANSACTIONS, Journal of Fuels & Lubri­ cants, Sect. 4, Vol. 100, S. 196ff. ein Verfahren zur Kraft­ stoffeinspritzung beschrieben, bei dem Amplitude und Frequenz des Stellsignals zur Regelung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses um den stöchiometrischen Wert unter anderem unter Berücksichti­ gung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators einge­ stellt werden. In der Offenlegungsschrift DE 40 01 616 A1 ist ein kraftstoffmengenregelndes Verfahren offenbart, bei dem ge­ zielte Absenkungen und Erhöhungen des Luft/Kraftstoff-Verhält­ nisses um einen vorgegebenen Sollwert unter Ausnutzung der Sau­ erstoffspeicherfähigkeit des Katalysators zum Ausgleich auftre­ tender Regelabweichungen dadurch erfolgen, daß die Abweichungen nicht asymptotisch ausgeregelt werden, sondern diesen dadurch entgegengewirkt wird, daß der Lambdawert auf die der Abweichung gegenüberliegende Seite des Sollwerts und von dort asymptotisch auf den Sollwert zurückgeführt wird. In Weiterführung dieser Vorgehensweise ist es bei dem aus der Offenlegungsschrift DE 41 28 718 A1 bekannten Verfahren vorgesehen, die im Katalysator jeweils momentan abgespeicherte Sauerstoffmenge zu ermitteln und mit einer vorgegebenen Soll-Menge, z. B. der Hälfte der ma­ ximal einspeicherbaren Sauerstoffmenge, zu vergleichen und den Soll-Lambdawert unter den stöchiometrischen Wert zu erniedrigen, wenn die Ist-Menge über der Soll-Menge liegt, sowie diesen zu erhöhen, wenn die Ist-Menge unter der Soll-Menge liegt. Dieses Verfahren würde somit einer begonnenen Beschleunigungsanreiche­ rung aufgrund der sinkenden Ist-Menge an eingespeichertem Sau­ erstoff stets sofort wieder durch Erhöhung des Soll-Lambdawer­ tes entgegenwirken.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung eines Verfahrens der eingangs genannten Art zugrunde, welches unter Beibehaltung einer im wesentlichen vollständigen Abgas­ konvertierung durch den Katalysator den Beginn von Vollast-Be­ triebsphasen mit möglichst weitgehender Beschleunigungsanrei­ cherung zuläßt.

Dieses Problem wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 gelöst. Zur Gewährleistung der vollen Abgaskonvertierungsfunktion des Katalysators wird die Betriebs­ phase mit Beschleunigungsanreicherung jeweils spätestens dann abgebrochen, wenn sich der Sauerstoffgehalt im Katalysator bis auf einen bestimmten Minimalwert, der vorzugsweise bei null oder knapp darüber liegt, erniedrigt hat. Wenn in vorangegange­ nen Betriebsphasen die maximal mögliche Sauerstoffmenge in den Katalysator eingespeichert wurde, kann die Betriebsphase mit Beschleunigungsanreicherung so lange aufrechterhalten werden, bis die zusätzlich über dem stöchiometrischen Verhältnis einge­ spritzte Kraftstoffmenge diese maximale Sauerstoffspeichermenge verbraucht hat.

Während einer Betriebsphase mit Beschleunigungsanreicherung wird dem Katalysator eine entsprechende Sauerstoffmenge ent­ zogen. Diese wird ihm nach Anspruch 1 dadurch wieder zugeführt, daß in einer späteren Betriebsphase mit niedriger Motorlast für eine hierzu erforderliche Zeitdauer ein merklich über dem stö­ chiometrischen Wert liegender Lambdawert, d. h. ein mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch, eingestellt wird, so daß der in dieser Phase überschüssig zugeführte und nicht für die Kraftstoffver­ brennung benötigte Sauerstoff in den Katalysator eingespeichert wird. Dieser Betrieb mit merklich abgemagertem Luft/Kraftstoff- Gemisch bewirkt eine rasche Wiederauffüllung des Katalysators mit Sauerstoff und somit eine schnelle Wiederherstellung der vollen Bereitschaft für eine spätere Betriebsphase mit Be­ schleunigungsanreicherung zwecks Drehmomentüberhöhung. Dies er­ gibt eine vorteilhafte Dynamik und ein gutes Ansprechverhalten des Motors im Lastwechselbetrieb. Dieser Gesichtspunkt, durch den verhindert wird, daß einzelne Zylinder oder gar der ganze Motor zu Beginn einer Beschleunigungsphase zu mager laufen, ist auch im Hinblick auf die einzukalkulierende Serienstreuung der Lambdawerte von Motor zu Motor sowie der möglicherweise un­ gleichmäßigen Gemischaufbereitung zwischen den einzelnen Zylin­ dern von Bedeutung.

Wurde die Betriebsphase mit Beschleunigungsanreicherung nicht aufgrund einer niedriger gewordenen Motorlastanforderung, son­ dern aufgrund der erschöpften Sauerstoffreserve im Katalysator beendet, wird nach Anspruch 2 der Lambdawert anschließend auf einen im Mittel geringfügig über dem stöchiometrischen Wert liegenden Wert eingestellt, solange noch der hohe Lastbereich vorliegt. Damit kann einerseits ein vergleichsweise hohes Dreh­ moment aufrechterhalten und andererseits der Katalysator lang­ sam wieder mit Sauerstoff angereichert werden. Eine derartige im Mittel geringfügige Anhebung über den stöchiometrischen Wert kann beispielsweise im Rahmen einer getakteten Regelung um den stöchiometrischen Wert durch entsprechende Vergrößerung der Re­ geltakt-Halbperioden mit über dem stöchiometrischen Wert lie­ gendem Lambdawert gegenüber denjenigen mit unter selbigem lie­ gendem Lambdawert erfolgen.

Eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 sieht vorteil­ hafterweise vor, die der Einspeicherung von Sauerstoff in den Katalysator dienende Einstellung eines mageren Luft/Kraftstoff- Gemischs zu beenden und die Regelung mit dem stöchiometrischen Lambdawert fortzusetzen, sobald der Katalysator die maximale Sauerstoffmenge eingespeichert hat.

Mit einer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 lassen sich die Beschleunigungsanreicherungsphasen ohne erhöhten Schadstoffausstoß verlängern bzw. die Sauerstoffrückspeiche­ rungsphasen verkürzen.

Durch eine Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5 läßt sich das Maß der Beschleunigungsanreicherung variabel ein­ stellen und damit passend auf eine sich erhöhende Motorlast­ anforderung abstimmen.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich­ nungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.

Fig. 1 zeigt das Lambdawert-Zeit-Diagramm zur Veranschau­ lichung eines kraftstoffmengenregelnden Verfahrens­ abschnitts mit einer nicht die gesamte Katalysator- Sauerstoffreserve aufbrauchenden Beschleunigungs­ anreicherungsphase,

Fig. 2 ein Lambdawert-Zeit-Diagramm zur Veranschaulichung eines kraftstoffmengenregelnden Verfahrensabschnitts mit einer die gesamte Katalysator-Sauerstoffreserve aufbrauchenden Beschleunigungsanreicherungsphase und

Fig. 3 eine Seitenansicht einer zur Verfahrensdurchführung geeigneten Katalysatoranlage eines Kraftfahrzeuges.

Beim Verfahrensablauf von Fig. 1, in welcher der zeitliche Verlauf des eingestellten Lambdawertes (L_S) als durchgezogene Kurve wiedergegeben ist, wird von einem Ausgangszustand zur Zeit (t₀) ausgegangen, zu welchem das Luft/Kraftstoff-Gemisch um den stöchiometrischen Lambdawert eins getaktet geregelt wird und im Katalysator die maximale Sauerstoffmenge, alternativ eine vorgegebene Sollwert-Sauerstoffmenge, eingespeichert ist. Bis zum Zeitpunkt (t₁) wird der Motor im Teillastbereich betrieben und daher die getaktete Regelung um den stöchiome­ trischen Lambdawert eins aufrechterhalten, so daß die im Kata­ lysator eingespeicherte Sauerstoffmenge maximal bzw. bei dem vorgegebenen Sollwert (sonst kann die NO_x-Konzentration an­ steigen) bleibt. Zum Zeitpunkt (t₁) wird dann Vollast für den Motor angefordert. Zu diesem Zeitpunkt wird zwecks Erzielung einer Drehmomentüberhöhung eine Beschleunigungsanreicherung aktiviert, indem die Regelung um den stöchiometrischen Lambda­ wert eins verlassen und ein von den momentanen weiteren Betriebsparametern abhängiger Lambdawert kleiner als eins eingestellt wird, der im vorliegenden Fall von Fig. 1 den Wert 0,9 besitzt und auch ansonsten typischerweise zwischen 0,9 und 0,95 liegt. Dieser einem fetteren Luft/Kraftstoff-Gemisch ent­ sprechende nichtstöchiometrische Lambdawert von 0,9 wird im Steuerungsbetrieb aufrechterhalten, wobei die überstöchio­ metrisch zugeführte, im Zylinder unverbrannte Kraftstoffmenge von dem im Katalysator gespeicherten Sauerstoff vollends oxidiert wird.

Um jeweils zu erkennen, wann die Sauerstoffreserve des Kata­ lysators erschöpft ist, integriert ein die Lambda-Regelung und -Steuerung übernehmendes Steuergerät in einem Speicher konti­ nuierlich die bezogen auf die stöchiometrische Gemischzusammen­ setzung überschüssig eingespritzte Kraftstoffmenge auf und ver­ gleicht diesen Wert mit der maximal möglichen Kraftstoffmenge, die derjenigen Sauerstoffmenge entspricht, die zu Beginn der Beschleunigungsanreicherung im Katalysator eingespeichert ist. In den meisten Fällen wird sich der Katalysator von vorange­ gangenen Betriebsphasen mit Beschleunigungsanreicherung voll­ ständig erholt haben, so daß dann zu Beginn der neuen Be­ schleunigungsanreicherung jeweils die maximal einspeicherbare Sauerstoffmenge zur Verfügung steht. Es sei an dieser Stelle erwähnt, daß Verfahren zur Feststellung der momentan einge­ speicherten Sauerstoffmenge sowie der altersbedingt schwanken­ den maximalen Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators dem Fachmann geläufig sind, wozu z. B. auf den eingangs erwähnten Stand der Technik verwiesen werden kann.

Der durch die oben erwähnte Integration im Steuergerät erhalte­ ne Wert ist folglich direkt korreliert mit dem Flächeninhalt zwischen der Horizontalen des stöchiometrischen Lambdawertes eins und dem entsprechenden Kurvenabschnitt des eingestellten erniedrigten Lambdawertwa (L_S) vom Aktivierungszeitpunkt der Beschleunigungsanreicherung (t₁) bis zum jeweiligen momentanen Zeitpunkt im Lambdawert-Zeit-Diagramm. Die in Fig. 1 darge­ stellte Fläche (A₁) entspricht einer derartigen Fläche für einen vollen Zyklus mit erniedrigtem Lambdawert. Dabei wurde im Fall der Fig. 1 die Betriebsphase mit Beschleunigungsanreiche­ rung nicht aufgrund erschöpfter Sauerstoffreserve des Katalysa­ tors beendet, sondern es wurde zum Zeitpunkt (t₂) die Vollast­ anforderung in eine Teillastanforderung zurückgenommen. Zum Vergleich ist in Fig. 1 der Zeitpunkt (t₅) markiert, bis zu welchem maximal unter den vorgegebenen Bedingungen der Be­ schleunigungsanreicherungsbetrieb mit L_S = 0,9 möglich wäre. Das Erkennen der nicht mehr bestehenden Vollastanforderung veranlaßt das Steuergerät, die Anfettung des Luft/Kraftstoff- Gemischs stetig und weich zurückzunehmen, indem der von der Steuerung vorgegebene Lambdawert (L_S) vom erniedrigten Wert 0,9 aus linear erhöht wird, bis er zu einem späteren Zeitpunkt (t₃) wieder den stöchiometrischen Wert eins erreicht. Anschließend findet bis zu einem Zeitpunkt (t₄) eine Zwischenkontrolle mit Regelung des Lambdawertes um den stöchiometrischen Wert eins statt. Während dieses Zeitraums wird geprüft, ob der Motor weiterhin tatsächlich im Teillastbereich betrieben werden soll.

Nachdem dies festgestellt wurde, wird anschließend bis zu einem Zeitpunkt (t₆) eine Sauerstoffrückgewinnungsphase durchgeführt, in welcher der Lambdawert gesteuert auf einem erhöhten, einem mageren Luft/Kraftstoff-Gemisch entsprechenden Wert gehalten wird, vorliegend auf dem Wert 1,1. Dabei wird, wie aus Fig. 1 zu erkennen, der Lambdawert zunächst linear weich vom stöchio­ metrischen Wert eins auf den erhöhten Wert 1,1 angehoben und anschließend dort gehalten, bis ebenfalls wieder durch rech­ nerischen Vergleich das Steuergerät erkennt, daß durch die überschüssig zugeführte Luft wieder die maximale Sauerstoff­ menge im Katalysator eingespeichert ist. Dabei ist in analoger Weise wie im obigen Fall des Betriebs mit fetterem Luft/Kraft­ stoff- Gemisch nunmehr der Flächeninhalt zwischen dem zugehöri­ gen Kurvenabschnitt des erhöht eingestellten Lambdawertes (L_S) und dem stöchiometrischen Wert eins im Lambdawert-Zeit-Diagramm ein Maß für die in den Katalysator zurückgespeicherte Sauer­ stoffmenge. Vorausgesetzt, daß der Katalysator zum Zeitpunkt (t₁) der Aktivierung der Beschleunigungsanreicherung seine volle Sauerstoffmenge gespeichert hatte, ist diese maximale Menge wieder zurückgespeichert, wenn der Flächeninhalt (B₁) in Fig. 1 sich dem Flächeninhalt der Fläche (A₁) annähert. Sobald das Steuergerät erkannt hat, daß der Katalysator wieder an­ nähernd voll mit Sauerstoff angereichert ist, nimmt es den Lambdawert (L_S) wieder linear weich auf den stöchiometrischen Wert eins zurück, wonach der Teillastbetrieb durch Lambda­ regelung um den Wert eins fortgesetzt wird. Selbstverständlich wird die Sauerstoffrückgewinnungsphase zu einem früheren Zeit­ punkt abgebrochen, wenn ein erneuter Vollastbetrieb angefordert wird, wonach dann eine verkürzte Phase mit Beschleunigungs­ anreicherung unter Ausnutzung der bis dahin in den Katalysator zurückgespeicherten Sauerstoffmenge durchführbar ist.

In Fig. 2, in der wiederum das Zeitverhalten des eingestellten Lambdawertes (L_S) als durchgezogene Kurve repräsentiert ist, ist beispielhaft ein Verfahrensablauf illustriert, bei welchem die Vollastanforderung länger bestehen bleibt als die Sauer­ stoffreserve des Katalysators reicht. Im Anfangszeitraum zwischen den Zeitpunkten (t₇) und (t₈) liegt wiederum ein Lambda-Regelungsbetrieb um den stöchiometrischen Wert eins vor, wobei ohne Beschränkung der Allgemeinheit angenommen sei, daß die maximal eingespeicherte Sauerstoffmenge im Katalysator vorliegt. Zum Zeitpunkt (t₈) erfolgt dann der Wechsel von Teillast- auf Vollastbetriebsanforderung. Die Vollastanforde­ rung dauert bis zu einem Zeitpunkt (t₁₀) an, wonach erst wieder ein Wechsel auf Teillastanforderung erfolgt. Vom Steuergerät wird zunächst wiederum zur Beschleunigungsanreicherung der er­ niedrigte Lambdawert L_S = 0,9 eingestellt sowie die jeweils momentan noch vorhandene Sauerstoffmenge im Katalysator über­ wacht. Zu einem Zeitpunkt (t₁₂), der vor dem Ende (t₁₀) der Vollastanforderung liegt, erkennt das Steuergerät, daß der im Katalysator eingespeicherte Sauerstoff fast vollständig ver­ braucht ist, wonach sie den Beschleunigungsanreicherungsbetrieb beendet, indem sie den Lambdawert (L_S) stetig und weich bis zum Zeitpunkt (t₉) auf den stöchiometrischen Wert eins zurückführt. Die sich im Beschleunigungsanreicherungszeitraum ergebende ein­ geschlossene Fläche (A₂) zwischen dem Kurvenabschnitt des ein­ gestellten erniedrigten Lambdawertes (L_S) und der Horizontalen des stöchiometrischen Wertes eins repräsentiert die zuvor im Katalysator vorhandene, in diesem Fall maximale, Sauerstoff­ menge, wobei zu beachten ist, daß in Fig. 2 gegenüber Fig. 1 ein anderer Zeitmaßstab gewählt ist.

Die Rückführung des Lambdawertes (L_S) auf den stöchiometrischen Wert trotz noch vorliegender Vollastanforderung verhindert einen erhöhten Schadstoffausstoß. Anschließend wird das Luft/ Kraftstoff-Gemisch getaktet um den stöchiometrischen Wert eins geregelt, wobei das Steuergerät die Regelung dahingehend be­ einflußt, daß die Regelungshalbperioden oberhalb des stöchio­ metrischen Wertes, z. B. in Fig. 2 der Zeitraum zwischen (t_y) und (t_z), gegenüber den Regelungshalbperioden unterhalb dieses Wertes, z. B. zwischen (t_x) und (t_y), verlängert, so daß sich für diese Regelungsphase, die bis zum Ende (t₁₀) der Vollast­ anforderung anhält, ein mittlerer eingestellter Lambdawert ergibt, der geringfügig über dem stöchiometrischen Wert eins liegt, im vorliegenden Beispiel bei 1,02. Mit dieser Maßnahme wird einerseits ein brauchbares Drehmoment bereitgestellt und andererseits eine langsame Rückspeicherung von Sauerstoff in den Katalysator erzielt. Nach dem Ende der Vollastanforderung und dem Übergang in den Teillastbetrieb zum Zeitpunkt (t₁₀) führt dann das Steuergerät, falls es erkennt, daß noch nicht die maximale Sauerstoffmenge im Katalysator rückgespeichert ist, den Lambdawert (L_S) wieder unter linearem Anstieg deutlich in den mageren Bereich, vorliegend auf den erhöhten Wert 1,1. Dort wird der Lambdawert (L_S) gesteuert konstant gehalten, bis das Steuergerät erkennt, daß wieder die maximale Sauerstoff­ menge im Katalysator rückgespeichert ist, d. h. bis die Summe aller von der Horizontalen des stöchiometrischen Wertes und von der Lambdawert-Kurve begrenzten Flächenbereiche (B₂) seit dem Ende (t₉) der Beschleunigungsanreicherungsphase der Summe der entsprechenden Flächenbereiche unterhalb der Horizontalen des stöchiometrischen Wertes vom Beginn (t₈) bis zum Ende (t₁₀) der Vollastanforderung, d. h. im wesentlichen der Fläche (A₂) während der Beschleunigungsanreicherungsphase, annähernd ent­ spricht. Sobald dies der Fall ist, wird der eingestellte Lambdawert (L_S) wiederum weich und stetig auf den stöchio­ metrischen Wert eins zurückgeführt. Anschließend wird die getaktete Lambdaregelung um den stöchiometrischen Wert fortgeführt. Wie oben beschrieben, wird durch die Betriebsphase mit stärkerer Abmagerung eine raschere Sauerstoffrückspei­ cherung in den Katalysator und damit eine Verbesserung der Dynamik und des Ansprechverhaltens des Motors bewirkt.

Die Durchführung der Betriebsphase der Steuerung eines stärker abgemagerten Luft/Kraftstoff-Gemischs im Teillastbereich ergibt eine schnellere Wiederauffüllung des Sauerstoffdepots des Kata­ lysators, so daß die Bereitschaft zur Drehmomentüberhöhung, z. B. bei maximal geöffneter Drosselklappe und Anfettung des Ge­ mischs mit einem Lambdawert von 0,9 anstelle eins ein um ca. 5% überhöhtes Drehmoment, schneller wiederhergestellt wird, was die Dynamik und das Ansprechverhalten des Motors im Last­ wechselbetrieb verbessert. Insbesondere wird dadurch unter Berücksichtigung möglicher Serienstreuung der Lambdawerte von Motor zu Motor sowie einzukalkulierender ungleichmäßiger Gemischaufbereitung zwischen den Zylindern vermieden, daß einzelne Zylinder oder gar der ganze Motor zu Beginn der Be­ schleunigungsanreicherungsphase zu mager laufen und außer Tritt geraten.

Die obige Beschreibung zweier ausgewählter Betriebsfälle ver­ deutlicht die erfindungsgemäße Vorgehensweise, so daß dem Fach­ mann ohne weiteres der Ablauf weiterer möglicher Betriebsfälle ersichtlich ist.

So versteht es sich, daß, wenn in einer vorangegangenen Beschleunigungsanreicherungsphase der gesamte im Katalysator gespeicherte Sauerstoff verbraucht und in der anschließenden Betriebsphase mit magerem Luft/Kraftstoff-Gemisch noch nicht wieder die volle Sauerstoffreserve wiederhergestellt wurde bevor eine erneute Vollastanforderung vorliegt, z. B. in Fig. 2 vor dem Zeitpunkt (t₁₁), erneut eine Beschleunigungsanreiche­ rungsphase eingeleitet wird, deren Verlauf jedoch auf die Tatsache abgestimmt wird, daß die momentan vorliegende Sauer­ stoffreserve im Katalysator nicht maximal ist. In einer ersten Alternative wird dies dadurch berücksichtigt, daß zwar wiederum der voll erniedrigte Lambdawert, z. B. 0,9, eingestellt, die Beschleunigungsanreicherungsphase jedoch verkürzt wird, d. h. sie wird beendet, sobald die Steuerung die Erschöpfung der Sauerstoffreserve erkennt. In einer zweiten Alternative wird die Überfettung des Gemischs abhängig von der vorhandenen Sauerstoffreserve so verringert, d. h. ein Lambdawert zwischen 0,9 und 1 eingestellt, daß der Zeitraum der damit ermöglichten Beschleunigungsanreicherungsphase dem Zeitraum entspricht, der bei voller Sauerstoffreserve für eine Beschleunigungsanreiche­ rungsphase mit dem voll erniedrigten Lambdawert, z. B. 0,9, möglich wäre. Beliebige weitere alternative Vorgehensweisen lassen sich aus einer Kombination der beiden ersten Alterna­ tiven verwirklichen, wobei dann also sowohl das Maß der Über­ fettung des Luft/Kraftstoff-Gemischs als auch die Dauer dieser Beschleunigungsanreicherungsphase aufeinander abgestimmt ver­ ringert werden. Dabei kann je nach den weiteren Betriebspara­ metern, z. B. Motordrehzahl, Kühlwassertemperatur und derglei­ chen, und nach dem Bedienverhalten des Fahrers, z. B. abrupte Beschleunigungsvorgabe, von der Steuerung stufenlos zwischen den verschiedenen Alternativen variiert werden.

In analoger Weise kann verfahren werden, wenn in einer voran­ gegangenen Beschleunigungsanreicherungsphase nur ein Teil der Sauerstoffreserve des Katalysators aufgebraucht wurde.

In Fig. 3 ist eine Katalysatoranlage für ein Kraftfahrzeug dargestellt, mit der sich der oben beschriebene Verfahrensab­ lauf sowie die dazu geschilderten Varianten durchführen lassen. Die Katalysatoranlage beinhaltet einen Katalysator (11), dem eingangsseitig ein Abgaskrümmer (1) vorgeschaltet und ausgangs­ seitig ein Schalldämpfer (7) nachgeschaltet ist. Der Katalysa­ tor (11) besteht aus einem Katalysatorhauptvolumen (2), einem Zwischenvolumen (3) zur Sauerstoffverteilung sowie einem Kata­ lysatornachschaltvolumen (4), die in dieser Reihenfolge in Abgasströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind. Vor dem Katalysatorhauptvolumen (2) sind eine Lambdasonde (8) und ein Thermofühler (9) für das Hauptvolumen eingebracht. Vor dem Nachschaltvolumen (4) befindet sich ein Thermofühler (10) für dieses Nachschaltvolumen. In das Zwischenvolumen (3) ist eine Frischluftzuleitung (5) geführt, die zur Zuleitung von Frisch­ luft an die Außenluft mündet, wobei zur Sicherung vor einer um­ gekehrten Strömung ein Rückschlagventil (6) angeordnet ist. Mit einer nicht dargestellten Steuerung, deren Steuerungseigen­ schaften sich aus der obigen Beschreibung des Verfahrens erge­ ben, stellt diese Katalysatoranlage ein für die verfahrensgemäß vorzusehenden Steuer- und Regeleigenschaften optimiertes System dar. Insbesondere kann zwischen das Katalysatorhauptvolumen (2) und das Katalysatornachschaltvolumen (4) Frischluft einge­ schleust werden, z. B. durch selbsttätige Pulsationsförderung unter geeignetem Öffnen und Schließen des Rückschlagventils (6). Eine derartige Möglichkeit der Frischlufteinleitung zur katalytischen Nachverbrennung ist an sich bekannt, siehe z. B. die Offenlegungsschriften DE 23 19 606, DE 30 13 445 A1 und DE 34 39 891 A1. Dies läßt sich nun auch zur Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens dahingehend ausnutzen, daß eine solche Frischlufteinspeisung unterstützend in den Betriebs­ phasen mit erniedrigtem Lambdawert zur Verlängerung der dreh­ momentüberhöhenden Zeiträume und/oder in den Betriebsphasen mit erhöhtem Lambdawert zur Verkürzung der sauerstoffrückspeichern­ den Zeiträume eingesetzt wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor mit Katalysator mittels Lambdawert­ einstellung, in welchem

• - ein gegenüber dem stöchiometrischen Wert erniedrigter Lamda­ wert eingestellt wird, wenn die angeforderte Motorleistung einen vorgegebenen hohen Lastbereich erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Betriebsphase mit erniedrigtem Lambdawert (L_S) durch Erhöhung desselben auf mindestens den stöchiometrischen Wert beendet wird, wenn die angeforderte Motorleistung einen vorgegebenen niedrigen Lastbereich erreicht oder die im Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge einen vorgegebenen niedrigen Mengengrenzwert unterschreitet, und
• - der Lambdawert (L_S) auf einen gegenüber dem stöchiome­ trischen Wert merklich erhöhten Wert (L_S=1,1) eingestellt wird, sobald nach Beendigung einer Betriebsphase mit ernie­ drigtem Lambdawert die angeforderte Motorleistung erstmals einen vorgegebenen niedrigen Lastbereich erreicht.

2. Verfahren zur Steuerung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses für einen Verbrennungsmotor mit Katalysator mittels Lambdawert­ einstellung, in welchem

• - ein gegenüber dem stöchiometrischen Wert erniedrigter Lamda­ wert eingestellt wird, wenn die angeforderte Motorleistung einen vorgegebenen hohen Lastbereich erreicht, dadurch gekennzeichnet, daß
• - die Betriebsphase mit erniedrigtem Lambdawert (L_S) durch Erhöhung desselben auf mindestens den stöchiometrischen Wert beendet wird, wenn die angeforderte Motorleistung einen vorgegebenen niedrigen Lastbereich erreicht oder die im Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge einen vorgegebenen niedrigen Mengengrenzwert unterschreitet, und
• - nach Beendigung einer Betriebsphase mit erniedrigtem Lambda­ wert ein im Mittel geringfügig über dem stöchiometrischen Wert liegender Lambdawert (L_S=1,02) eingestellt wird, wenn und solange die angeforderte Motorleistung weiterhin in dem vorgegebenen hohen Lastbereich liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß der Lambdawert auf den stöchiometrischen Wert (L_S=1) zurück­ geführt wird, sobald aufgrund eines zuvor erhöhten Lambdawertes die im Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge ihren Maximal­ wert erreicht hat.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei dem Katalysator Frischluft zuführbar ist, weiter dadurch gekennzeichnet, daß eine unterstützende Frischlufteinspeisung in den Katalysator in den Betriebsphasen mit erniedrigt eingestelltem Lambdawert und/ oder in den Betriebsphasen mit erhöht eingestelltem Lambdawert durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß im Zeitraum eines Motorlastanstiegs in den hohen Lastbereich der einzustellende erniedrigte Lambdawert und/oder die Lambda­ wert-Einstellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Lastände­ rungsgeschwindigkeit festgelegt wird.