EP1298304A2 - Verfahren zur Regelung des Kraftstoff/Luftverhältnisses für einen Verbrennungsmotor - Google Patents

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EP1298304A2
EP1298304A2 EP02016473A EP02016473A EP1298304A2 EP 1298304 A2 EP1298304 A2 EP 1298304A2 EP 02016473 A EP02016473 A EP 02016473A EP 02016473 A EP02016473 A EP 02016473A EP 1298304 A2 EP1298304 A2 EP 1298304A2
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EP
European Patent Office
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catalyst
oxygen
exhaust gas
combustion engine
excess
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Withdrawn
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EP02016473A
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Eberhard Schnaibel
Andreas Blumenstock
Klaus Hirschmann
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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    • F02D2041/1472—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being a humidity or water content of the exhaust gases

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling the Air / fuel ratio for an internal combustion engine with a catalyst and a so-called two-probe control with a first probe in front of the catalyst, which the Air / fuel ratio controls and with a second Exhaust gas probe behind the catalytic converter, which is the first exhaust gas probe sort of leads.
  • the object of the invention is to provide a Process to compensate for this effect.
  • Another measure provides that the second information is formed with the help of a hydrogen sensor.
  • the second piece of information becomes one Comparison of the results of different procedures for Assessment of the aging condition of the catalyst educated.
  • a preferred alternative provides that the method for Formation of the size for the state of aging on measurements of the Oxygen storage capacity of the catalyst below Use an oxygen-sensitive exhaust gas probe behind based on the catalyst.
  • Another measure provides that the procedures for Formation of the sizes for the state of aging differently sensitive to the appearance of hydrogen behind the React catalyst.
  • a further embodiment provides that the second Information signals the occurrence of hydrogen when the first method considers the catalyst to be old and the second method assessed the catalyst as new.
  • the invention is also directed to an electronic one Control device for performing the above Measures, step sequences and designs.
  • the invention is based on the knowledge that the cause the shift in the interaction between one age-dependent hydrogen production of the catalysts with a hydrogen cross sensitivity of oxygen-sensitive exhaust gas probes. Describes the concept of cross sensitivity a shift of Characteristic curve of the output signal of the exhaust gas probe over the Oxygen concentration when hydrogen occurs. At the The occurrence of hydrogen shifts the characteristic curve in Direction of increasing oxygen concentration. The Influence of hydrogen shifts the characteristic curve so that the probe in the presence of hydrogen indicates less oxygen than is actually available.
  • the controller coupled to the probe therefore closes lean fuel / air mixture. Therefore, it drops sharply Lambda-dependent nitrogen oxide conversion rate undesirably.
  • New catalysts have the property of hydrogen produce. This property leaves with increasing aging after, but is initially very pronounced.
  • Fig. 1 shows the technical environment in which the invention their effect unfolds.
  • Fig. 2 shows the course of the Concentration of various pollutants in the exhaust gas above the Air ratio lambda.
  • Figures 3 and 4 each show the Course of the signal of an oxygen-sensitive exhaust gas probe behind the catalyst at given Oxygen concentration upstream of the catalyst as it turns out when burning a mixture with the corresponding Sets lambda value in a preferred embodiment the invention.
  • FIG. 1 shows a control loop 1 with an internal combustion engine 2, a speed sensor 3, a fuel metering device 4 and a means 5 for detecting the amount of air sucked in ml, for example a hot film air mass meter, in one Intake pipe 6, an exhaust pipe 7 with one in front of one Catalytic converter 8 arranged exhaust gas probe 9, one behind the Catalytic converter arranged exhaust gas probe 12 and a control unit 10.
  • the number 11 denotes a hydrogen sensor which in an embodiment may be present. In one preferred embodiment can by a skillful Evaluation of the signal of the rear oxygen sensitive Exhaust gas probe 10 in certain operating states of the Internal combustion engine dispenses with the hydrogen sensor become.
  • Blocks 10.1 to 10.4 represent the function the injection time formation in the control unit 10
  • Block 10.1 a map memory
  • block 10.2 one multiplicative linkage
  • block 10.3 a primary Control algorithm
  • block 10.4 an additional acting Control algorithm
  • Block 10.5 represents one Setpoint / actual value comparison on which the supplementary Control algorithm based.
  • a preliminary Fuel metering signal rl, formed in block 10.1 as The function of air volume and speed is described in block 10.2 multiplicatively linked with a correction factor FR that the deviation of the mixture composition lambda from one Setpoint taken into account ..
  • the control factor is primarily derived from the Usonde_v signal front exhaust probe formed in the controller 10.3.
  • the signal of the the first exhaust gas probe already reacts due to its arrangement in the exhaust gas flow more quickly to changes in the Air / fuel ratio as the signal of the second Exhaust gas probe, since exhaust gases from the internal combustion engine up to the first Exhaust probe have to travel a shorter way than to to the second exhaust gas probe. This effect is due to the Oxygen storage capacity of the catalyst is increased. For a high response speed of the controller Mixture mismatches become the air / fuel ratio regulated primarily with the first exhaust gas probe.
  • Usonde_h of the second exhaust gas probe is general more precisely, since the one located in front of the second exhaust gas probe Catalyst the exhaust gas towards one Equilibrium setting of the exhaust gas components affected. It is also the signal of the second probe more resistant to aging, since the temperature load behind the Catalyst is smaller than at the installation location closer to the engine first exhaust gas probe.
  • the signal of the second exhaust gas probe is therefore used in addition to the correction of the scheme. For example, with the deviation of the signal second exhaust gas probe the setpoint for control with the first exhaust gas probe to be corrected.
  • the Corrective action is formed in block 10.4.
  • the probe arranged behind the catalytic converter compensates for age-related errors in the front probe as part of a superimposed control system. If, for example, the signal from the front probe indicates a mixture that is too rich due to aging, for example, lambda incorrectly equal to 0.95 with an actual lambda value of lambda equal to 1, the control reacts to this with an emaciation.
  • Fig. 2 shows the course of the concentration of various pollutants in the exhaust gas over the air ratio lambda.
  • the dashed curves represent the raw emissions of the internal combustion engine. They can be measured in front of the catalyst.
  • the solid lines represent the concentrations after the catalyst.
  • the undesirable strong increase in the NOx concentration in the range of lambda greater than one illustrates both the desired effect of the catalytic converter in the lambda control range and the undesirable possible effect of the hydrogen cross-sensitivity of the rear probe, which leads to a lambda shift to the right from the Control area can lead out.
  • One way of producing hydrogen on the farm of the internal combustion engine is to identify one Place hydrogen sensor behind the catalytic converter and evaluate its signal. A preferred alternative that no hydrogen sensor is required Looking at Figures 3 and 4 described.
  • the invention is based on the fact that different procedures to different degrees Lead production of hydrogen. With an aged Catalyst, in which only a comparatively small Production of hydrogen occurs, the different procedures to match results to lead. On the other hand, there are strong deviations between the Results, this indicates hydrogen production of the catalyst.
  • Figure 3 a shows the course of the air ratio lambda before Catalyst in connection with a coasting phase with Fuel cut.
  • the 1st phase still corresponds to that normal control operation: the air ratio lambda also oscillates low amplitude around the value one, more precisely around a value little less than one, around.
  • the 2nd phase corresponds to one Fuel cut-off in push mode. The The internal combustion engine is then flowed through with pure air.
  • the the associated lambda value is here for reasons of illustration finite size shown, but in principle infinitely large.
  • the catalyst is pushed to the limit Oxygen storage capacity filled with oxygen.
  • the 3rd phase takes place after the end of the push mode temporarily operating with a rich mixture because this is the Convertibility of the catalyst is positively influenced.
  • This enrichment corresponds to that used in FIG. 5 Concept of "cat clearing”. This term describes hence the intended breakdown of the stored in the catalyst Oxygen after a coasting phase with Excess oxygen. The enrichment can take place as long (Time period t) until the signal of the rear probe reaches the Enrichment reacts.
  • 3 b shows the corresponding signal USonde_h of the rear exhaust probe for a good catalyst once for the case with hydrogen production (line 1) and once for the case without hydrogen production (line 2).
  • the excess Fuel is compensated by the stored oxygen as long as until the oxygen storage of the catalyst is empty. at a new catalyst is the amount to be introduced fat mixture is much higher than that of an aged one Catalyst.
  • the time t shown in FIG. 3 is therefore proportional to the oxygen storage capacity, which in turn is a measure of the aging condition of the catalyst.
  • the relatively long time t shown corresponds to a good one Catalyst without hydrogen.
  • the introduction of a fat mixture increases the Hydrogen production.
  • the hydrogen produced shows hence an impact (fat shift) on the signal of the rear probe by the amount of hydrogen produced depends.
  • the fat shift here has the consequence that the Signal increases faster in the presence of hydrogen than in the absence of hydrogen.
  • the probe signal increases due to the strong catalyst Hydrogen production starts much faster than one old catalyst. This leads to a sharp shortening the time t during which the signal of the probe on the low level persists.
  • Figure 4 a shows the course of the air ratio Lambda before Catalyst in connection with a diagnosis (Aging condition determination) of the catalyst Acquisition and evaluation of the oxygen storage capacity of the Catalyst.
  • the 1st phase corresponds to the normal one again Control mode: The air ratio lambda oscillates with less Amplitude around the value one, more precisely around a value somewhat less than one, around.
  • the 2nd phase corresponds to one Enrichment of the fuel / air mixture to values lower as 1. Due to the resulting lack of oxygen in the The catalyst becomes exhaust gas if the duration of the second is sufficient Phase completely emptied of oxygen. In the 3rd phase occurs after the end of fuel enrichment Phase with excess air.
  • the Oxygen storage capacity at least one the integral of the Product of the sucked air volume ml and the deviation of the actual lambda value of the value 1 between a change in Oxygen content upstream of the catalyst and the associated one Reaction of the exhaust gas probe behind the catalytic converter evaluated values.
  • a first method can be a first Integral of the product of the aspirated air volume ml and Deviation of the actual lambda value from the value 1 for a Change in the oxygen content upstream of the catalyst Deliver change from excess oxygen to lack of oxygen and a second method can add a second integral a change in the oxygen content upstream of the catalyst when changing from lack of oxygen to excess oxygen deliver.
  • the second information signals an occurrence of Hydrogen when the first integral is an aged one
  • the catalyst signals and the second integral a new one Catalytic converter signals.
  • Fig. 5 shows a self-explanatory flow chart as Embodiment of the method according to the invention.
  • Step 5.1 corresponds to that with regard to FIG. 3 described method.
  • Step corresponds accordingly 5.2 to Fig. 4.
  • An example of the measure after step 5.3 is above with the correction of the setpoint for the front exhaust probe described.

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Abstract

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches für einen Verbrennungsmotor mit einem Katalysator und wenigstens einer hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde, die eine erste Information über den Sauerstoffgehalt des Abgases liefert, welche die Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches beeinflußt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß eine zweite Information über den hinter dem Katalysator im Abgas vorhandenen Wasserstoff gebildet wird und daß die zweite Information die Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches beeinflußt. Das Verfahren erlaubt eine Erkennung von Wasserstoff hinter dem Katalysator und eine Kompensation des unerwünschten Einflusses des Wasserstoffs auf die Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches, der durch eine Wasserstoffquerempfindlichkeit der Abgassonde in Verbindung mit dem Auftreten von Wasserstoff verursacht wird. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Kraftstoff/Luftverhältnisses für einen Verbrennungsmotor mit einem Katalysator und einer sogenannten Zweisondenregelung mit einer ersten Sonde vor dem Katalysator, die das Kraftstoff/Luftverhältnis regelt und mit einer zweiten Abgassonde hinter dem Katalysator, die die erste Abgassonde gewissermaßen führt.
Ein solches Verfahren ist bereits aus der US 5 307 625 bekannt. Bei derartigen Regelungen hat sich folgendes Problem gezeigt: Bei neuen Katalysatoren treten Verschiebungen des Kraftstoff/Luftverhältnisses in Richtung zu mageren Werten hin auf. Diese Verschiebungen verschwinden von selbst bei zunehmender Alterung des Katalysators.
Verschiebungen des Kraftstoff/Luftverhältnisses in Richtung zu mageren Werten haben einen unerwünschten Anstieg der Stickoxidemissionen als Folge.
Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens zur Kompensation dieses Effektes.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches für einen Verbrennungsmotor mit einem Katalysator und wenigstens einer hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde, die eine erste Information über den Sauerstoffgehalt des Abgases liefert und welche die Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches beeinflußt, daß sich durch die folgenden Schritte auszeichnet:
  • Bilden einer zweiten Information über den hinter dem Katalysator im Abgas vorhandenen Wasserstoff
  • ergänzendes Beeinflussen des Kraftstoff/Luft-Gemisches mit der zweiten Information.
Eine weitere Maßnahme sieht vor, daß die zweite Information mit Hilfe eines Wasserstoffsensors gebildet wird.
Alternativ dazu wird die zweite Information aus einem Vergleich der Ergebnisse verschiedener Verfahren zur Beurteilung des Alterungszustandes des Katalysators gebildet.
Dazu sieht eine weitere Maßnahme folgende Schritte vor:
  • Bilden einer ersten Größe für den Alterungszustand des Katalysators mit einem ersten Verfahren,
  • Bilden einer zweiten Größe für den Alterungszustand des Katalysators mit einem zweiten Verfahren,
  • Bilden einer dritten Größe, welche die Abweichung der ersten Größe von der zweiten Größe angibt,
  • Vergleichen der dritten Größe mit einem vorbestimmten Schwellenwert
  • Werten einer Schwellenwertüberschreitung als Zeichen für das Auftreten von Wasserstoff.
Eine bevorzugte Alternative sieht vor, daß die Verfahren zur Bildung der Größe für den Alterungszustand auf Messungen der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators unter Verwendung einer sauerstoffempfindlichen Abgassonde hinter dem Katalysator basieren.
Eine weitere Maßnahme sieht vor, daß die Verfahren zur Bildung der Größen für den Alterungszustand unterschiedlich empfindlich auf das Auftreten von Wasserstoff hinter dem Katalysator reagieren.
Eine bevorzugte Maßnahme zur Bildung der ersten Größe umfaßt die folgenden Schritte:
  • Vollständiges Füllen des Katalysators mit Sauerstoff durch Betrieb des Verbrennungsmotors mit Luftüberschuß,
  • Entleeren des Katalysators von Sauerstoff durch Betrieb des Verbrennungsmotors mit Kraftstoffüberschuß gegenüber der für stöchiometrische Verbrennung notwendigen Kraftstoffmenge,
  • Feststellen einer völligen Entleerung des Katalysators von Sauerstoff durch ein Sauerstoffmangelsignal der genannten Abgassonde,
  • Bestimmen der Kraftstoffüberschußmenge, mit der der Verbrennungsmotor zwischen dem Beginn des Entleerens des Katalysators und dem Auftreten des Sauerstoffmangelsignals betrieben wurde,
  • Bilden der ersten Größe für den Alterungszustand auf der Basis der bestimmten Kraftstoffüberschußmenge.
Eine bevorzugte Maßnahme zur Bildung der zweiten Größe umfaßt die folgenden Schritte:
  • Vollständiges Entleeren des Katalysators von Sauerstoff durch Betrieb des Verbrennungsmotors mit Kraftstoffüberschuß,
  • Füllen des Katalysators mit Sauerstoff durch Betrieb des Verbrennungsmotors mit Luftüberschuß gegenüber der für stöchiometrische Verbrennung notwendigen Luftmenge,
  • Feststellen einer völligen Füllung des Katalysators mit Sauerstoff durch ein Sauerstoffüberschußsignal der genannten Abgassonde,
  • Bestimmen der Sauerstoffüberschußmenge, mit der der Verbrennungsmotor zwischen dem Beginn des Füllens des Katalysators und dem Auftreten des Sauerstoffüberschußsignals betrieben wurde,
  • Bilden der zweiten Größe für den Alterungszustand auf der Basis der bestimmten Sauerstoffüberschußmenge.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß die zweite Information das Auftreten von Wasserstoff signalisiert, wenn das erste Verfahren den Katalysator als alt beurteilt und das zweite Verfahren den Katalysator als neu beurteilt.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung der oben genannten Maßnahmen, Schrittfolgen und Ausgestaltungen.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß die Ursache der Verschiebung in der Wechselwirkung zwischen einer alterungsabhängigen Wasserstoffproduktion der Katalysatoren mit einer Wasserstoffquerempfindlichkeit von sauerstoffempfindlichen Abgassonden liegt. Dabei umschreibt der Begriff der Querempfindlichkeit eine Verschiebung der Kennlinie des Ausgangssignals der Abgassonde über der Sauerstoffkonzentration beim Auftreten von Wasserstoff. Beim Auftreten von Wasserstoff verschiebt sich die Kennlinie in Richtung zunehmender Sauerstoffkonzentration. Der Wasserstoffeinfluß verschiebt den Verlauf der Kennlinie damit so, daß die Sonde bei Anwesenheit von Wasserstoff weniger Sauerstoff anzeigt, als tatsächlich vorhanden ist.
Der mit der Sonde gekoppelte Regler stellt daher ein zu mageres Kraftstoff/Luft-Gemisch ein. Daher sinkt die stark lambdaabhängige Stickoxidkonvertierungsrate unerwünscht ab.
Neue Katalysatoren besitzen die Eigenschaft, Wasserstoff zu erzeugen. Diese Eigenschaft läßt mit zunehmender Alterung nach, ist aber anfangs stark ausgeprägt.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die Figuren erläutert.
Fig. 1 zeigt das technische Umfeld, in dem die Erfindung ihre Wirkung entfaltet. Fig. 2 zeigt den Verlauf der Konzentration verschiedener Schadstoffe im Abgas über der Luftzahl Lambda. Die Figuren 3 und 4 zeigen jeweils den Verlauf des Signals einer sauerstoffempfindlichen Abgassonde hinter dem Katalysator bei vorgegebener Sauerstoffkonzentration vor dem Katalysator, wie sie sich bei der Verbrennung eines Gemisches mit entsprechendem Lambdawert einstellt, bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 1 zeigt einen Regelkreis 1 mit einer Brennkraftmaschine 2, einem Drehzahlsensor 3, einer Kraftstoffzumeßeinrichtung 4 und einem Mittel 5 zum Erfassen der angesaugten Luftmenge ml, beispielsweise einem Heißfilmluftmassenmesser, in einem Ansaugrohr 6, einem Abgasrohr 7 mit einer vor einem Katalysator 8 angeordneten Abgassonde 9, einer hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde 12 und einem Steuergerät 10. Die Ziffer 11 bezeichnet einen Wasserstoffsensor, der in einem Ausführungsbeispiel vorhanden sein kann. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann durch eine geschickte Auswertung des Signals der hinteren sauerstoffempfindlichen Abgassonde 10 in bestimmten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors auf den Wasserstoffsensor verzichtet werden. Die Blöcke 10.1 bis 10.4 repräsentieren die Funktion der Einspritzzeitbildung im Steuergerät 10. Dabei entspricht Block 10.1 einem Kennfeldspeicher, Block 10.2 einer multiplikativen Verknüpfung, Block 10.3 einem primären Regelalgorithmus und Block 10.4 einem ergänzend wirkenden Regelalgorithmus. Block 10.5 repräsentiert einen Sollwert/Istwert-Vergleich, auf dem der ergänzend wirkende Regelalgorithmus basiert.
Die Grundfunktion des Regelkreises besteht darin, mit Hilfe des Steuergerätes Signale über Drehzahl n, Luftmenge m und Gemischzusammensetzung Lambda = f(USonde_v, USonde_h) zu einem Kraftstoffzumeßsignal ti zu verarbeiten, mit dem die Kraftstoffzumeßeinrichtung 3, beispielsweise eine Anordnung von Einspritzventilen, angesteuert wird. Ein vorläufiges Kraftstoffzumeßsignal rl, gebildet im Block 10.1 als Funktion von Luftmenge und Drehzahl, wird dazu im Block 10.2 multiplikativ mit einem Korrekturfaktor FR verknüpft, der die Abweichung der Gemischzusammensetzung Lambda von einem Sollwert berücksichtigt..
Der Regelfaktor wird primär aus dem Signal Usonde_v der vorderen Abgassonde im Regler 10.3 gebildet. Das Signal der ersten Abgassonde reagiert schon auf Grund seiner Anordnung im Abgasstrom schneller auf Änderungen des Kraftstoff/Luftverhältnisses als das Signal der zweiten Abgassonde, da Abgase der Brennkraftmaschine bis ersten zur Abgassonde einen kürzeren Weg zurückzulegen haben als bis zur zweiten Abgassonde. Dieser Effekt wird durch die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators noch verstärkt. Für eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit des Reglers auf Gemischfehlanpassungen wird das Kraftstoff/Luftverhältnis primär mit der ersten Abgassonde geregelt. Das Signal Usonde_h der zweiten Abgassonde ist dagegen im allgemeinen genauer, da der vor der zweiten Abgassonde angeordnete Katalysator das Abgas in Richtung einer Gleichgewichtseinstellung der Abgasbestandteile beeinflußt. Außerdem ist das Signal der zweiten Sonde alterungsbeständiger, da die Temperaturbelastung hinter dem Katalysator kleiner ist als am motornäheren Einbauort der ersten Abgassonde. Das Signal der zweiten Abgassonde wird daher ergänzend zur Korrektur der Regelung verwendet. Beispielsweise kann mit der Abweichung des Signals der zweiten Abgassonde der Sollwert für die Regelung mit der ersten Abgassonde korrigiert werden. Dabei wird der Korrektureingriff im Block 10.4 gebildet.
Die vor dem Katalysator angeordnete Sonde regelt das Gemisch auf einen Sollwert, meist Lambda = 1. Die hinter dem Katalysator angeordnete Sonde gleicht im Rahmen einer überlagerten Führungsregelung alterungsbedingte Fehler der vorderen Sonde aus. Zeigt das Signal der vorderen Sonde beispielsweise alterungsbedingt zu fettes Gemisch an, beispielsweise fälschlich Lambda gleich 0,95 bei einem tatsächlichen Lambdawert von Lambda gleich 1, so reagiert die Regelung darauf mit einer Abmagerung. Die hintere Sonde und der Block 10.4 registrieren diese unerwünschte Abmagerung des daraus resultierenden tatsächlichen Lambdawertes (größer 1 ) vom Sollwert 1 und der ergänzende Regeleingriff auf der Basis des Signals der hinteren Sonde verschiebt beispielsweise den Sollwert für die vordere Sonde beispielsweise auf Lambda gleich 0,95, so daß die Regelung faktisch wieder auf Lambda gleich 1 regelt.
Fig. 2 zeigt den Verlauf der Konzentration verschiedener Schadstoffe im Abgas über der Luftzahl Lambda. Die gestrichelten Kurven stehen für die Rohemissionen des Verbrennungsmotors. Sie sind vor dem Katalysator meßbar. Die durchgezogenen Linien repräsentieren die Konzentrationen nach dem Katalysator. Insbesondere das unerwünschte starke Ansteigen der NOx-Konzentration im Bereich von Lambda größer als Eins, veranschaulicht sowohl die erwünschte Wirkung des Katalysators im Lambda-Regelbereich als auch die unerwünschte mögliche Wirkung der Wasserstoffquerempfindlichkeit der hinteren Sonde, die zu einer Lambda-Verschiebung nach rechts aus dem Regelbereich heraus führen kann.
Zur Abhilfe wird die Führungsregelung korrigiert, wenn der Katalysator Wasserstoff produziert. Eine Voraussetzung dafür ist, das die Produktion von Wasserstoff erkannt wird.
Eine Möglichkeit, die Produktion von Wasserstoff im Betrieb des Verbrennungsmotors zu erkennen, besteht darin, einen Wasserstoffsensor hinter dem Katalysator anzuordnen und dessen Signal auszuwerten. Eine bevorzugte Alternative, die keinen Wasserstoffsensor benötigt, wird im folgenden mit Blick auf die Figuren 3 und 4 beschrieben.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden dabei Ergebnisse verschiedener Verfahren zur Beurteilung des Alterungszustandes des Katalysators auf Plausibilität überprüft. Die Erfindung basiert darauf, daß die verschiedenen Verfahren zu unterschiedlich starker Produktion von Wasserstoff führen. Bei einem gealterten Katalysator, bei dem nur noch eine vergleichsweise geringe Produktion von Wasserstoff auftritt, werden die verschiedenen Verfahren zu übereinstimmenden Ergebnissen führen. Treten dagegen starke Abweichungen zwischen den Ergebnissen auf, deutet dies auf eine Wasserstoffproduktion des Katalysators hin.
Figur 3 a zeigt den Verlauf der Luftzahl Lambda vor dem Katalysator in Verbindung mit einer Schiebebetriebsphase mit Kraftstoffabschaltung. Die 1. Phase entspricht noch dem normalen Regelbetrieb: Die Luftzahl Lambda oszilliert mit geringer Amplitude um den Wert Eins, genauer um einen Wert etwas kleiner als Eins, herum. Die 2. Phase entspricht einer Kraftstoffabschaltung im Schiebebetrieb. Der Verbrennungsmotor wird dann mit reiner Luft durchströmt. Der zugehörige Lambdawert ist hier aus Darstellungsgründen als endliche Größe abgebildet, im Prinzip aber unendlich groß. In dieser Phase wird der Katalysator bis zur Grenze seiner Sauerstoffspeicherfähigkeit mit Sauerstoff befüllt. In der 3. Phase erfolgt nach Beendigung des Schiebebetriebs vorübergehend ein Betrieb mit fettem Gemisch, weil dies die Konvertierungsfähigkeit des Katalysators positiv beeinflußt. Diese Anfettung entspricht dem in Fig. 5 gebrauchten Begriffs des "Kat.-Ausräumens". Dieser Begriff umschreibt daher den gewollten Abbau des im Katalysator gespeicherten Sauerstoffs nach einer Schiebebetriebsphase mit Sauerstoffüberschuß. Die Anfettung kann solange erfolgen (Zeitspanne t), bis das Signal der hinteren Sonde auf die Anfettung reagiert.
Fig. 3 b zeigt das korrespondierende Signal USonde_h der hinteren Abgassonde für einen guten Katalysator einmal für den Fall mit Wasserstoffproduktion (Linie 1) und einmal für den Fall ohne Wasserstoffproduktion (Linie 2).
Betrachtet wird zunächst der Fall ohne Wasserstoffproduktion (Linie 2). In der Phase 1 zeigt das Signal USonde_h mit ungefähr 600 Millivolt leicht fettes Gemisch an. In der 2. Phase mit Kraftstoffabschaltung sinkt die Sondenspannung wie dargestellt auf einen niedrigen Wert ab. Wenn der Katalysator bereits viel Sauerstoff gespeichert hat, kann das Absinken schnell - oder wie hier praktisch verzögerungslos - erfolgen.
Wenn die Kraftstoffzufuhr dann wieder mit einer fetten Gemischzusammensetzung einsetzt, wird der überschüssige Kraftstoff solange vom gespeicherten Sauerstoff kompensiert, bis der Sauerstoffspeicher des Katalysators leer ist. Bei einem neuen Katalysator ist die einzubringende Menge an fettem Gemisch ungleich höher als bei einem gealterten Katalysator. Die in der Fig. 3 dargestellte Zeit t ist daher proportional zur Sauerstoffspeicherfähigkeit, die wiederum ein Maß für den Alterungszustand des Katalysators bildet. Die dargestellte relativ lange Zeit t entspricht einem guten Katalysator, ohne daß Wasserstoff auftritt.
Das Einbringen von fettem Gemisch steigert jedoch die Wasserstoffproduktion. Der produzierte Wasserstoff zeigt daher eine Auswirkung (Fettverschiebung)auf das Signal der hinteren Sonde, die von der produzierten Wasserstoffmenge abhängt. Die Fettverschiebung hat hier zur Folge, daß das Signal bei Anwesenheit von Wasserstoff schneller ansteigt als bei Abwesenheit von Wasserstoff. Bei einem neuen Katalysator steigt das Sondensignal aufgrund der starken Wasserstoffproduktion wesentlich schneller an als bei einem alten Katalysator. Dies führt zu einer starken Verkürzung der Zeit t, während der das Signal der Sonde auf dem niedrigen Pegel verharrt.
Diese Situation wird durch den Verlauf der Linie 1 verdeutlicht, bei der die Zeit t praktisch überhaupt nicht auftritt.
Im Ergebnis führt dies zu dem - nicht zutreffenden - Ergebnis, daß die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators nur noch klein ist, so daß der Katalysator fälschlich als bereits stark gealtert gewertet wird.
Bild 4 a zeigt den Verlauf der Luftzahl Lambda vor dem Katalysator in Verbindung mit einer Diagnose (Alterungszustandsbestimmung) des Katalysators durch Erfassen und Auswerten der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators. Die 1. Phase entspricht wieder dem normalen Regelbetrieb: Die Luftzahl Lambda oszilliert mit geringer Amplitude um den Wert Eins, genauer um einen Wert etwas kleiner als Eins, herum. Die 2. Phase entspricht einer Anfettung des Kraftstoff/Luft-Gemisches auf Werte kleiner als 1. Durch den daraus resultierenden Sauerstoffmangel im Abgas wird der Katalysator bei genügender Dauer der zweiten Phase vollständig von Sauerstoff entleert. In der 3. Phase erfolgt nach Beendigung der Kraftstoffanreicherung eine Phase mit Luftüberschuß. Dadurch wird der Katalysator wieder mit Sauerstoff gefüllt, bis das Signal der Abgassonde hinter dem Katalysator wieder Sauerstoffüberschuß registriert. Das Integral des relativen Luftüberschusses (Lambda - 1) multipliziert mit der während der Füllung des Katalysators mit Sauerstoff angesaugten Luftmenge ml stellt ein Maß für die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators dar.
Fig. 4 b zeigt das korrespondierende Signal USonde_h während der Diagnose.
Da die Sprungrichtung des Signals der hinteren Abgassonde nicht von etwa vorhandenem Wasserstoff beeinflußt ist und weil der Katalysator bei Sauerstoffüberschuß im Abgas auch keinen Wasserstoff produziert, kann der Alterungszustand auf diese Weise unabhängig von einer Wasserstoffproduktion des Katalysators beurteilt werden.
Aus einem Vergleich der Ergebnisse der verschiedenen Verfahren zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit kann die oben genannte zweite Information, die angibt, ob der Katalysator Wasserstoff produziert, gebildet werden.
In einem Ausführungsbeispiel kann zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit wenigstens eine das Integral des Produktes der angesaugten Luftmenge ml und der Abweichung des Lambda-Istwertes vom Wert 1 zwischen einer Änderung des Sauerstoffgehaltes vor dem Katalysator und der zugehörigen Reaktion der Abgassonde hinter dem Katalysator ausgewertet werten. Insbesondere kann ein erstes Verfahren ein erstes Integral des Produktes der angesaugten Luftmenge ml und der Abweichung des Lambda-Istwertes vom Wert 1 bei einer Änderung des Sauerstoffgehaltes vor dem Katalysator beim Wechsel von Sauerstoffüberschuß zu Sauerstoffmangel liefern und ein zweites Verfahren kann ein zweites Integral bei einer Änderung des Sauerstoffgehaltes vor dem Katalysator beim Wechsel von Sauerstoffmangel zu Sauerstoffüberschuß liefern.
Die zweite Information signalisiert ein Auftreten von Wasserstoff dann, wenn das erste Integral einen gealterten Katalysator signalisiert und das zweite Integral einen neuen Katalysator signalisiert.
Fig. 5 zeigt ein selbsterklärendes Flußdiagramm als Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens. Schritt 5.1 korrespondiert zu dem mit Blick auf Fig. 3 beschriebenen Verfahren. Entsprechend korrespondiert Schritt 5.2 zur Fig. 4. Ein Beispiel für die Maßnahme nach Schritt 5.3 ist weiter oben mit der Korrektur des Sollwertes für die vordere Abgassonde beschrieben.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches für einen Verbrennungsmotor mit einem Katalysator und wenigstens
    einer hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde, die eine erste Information über den Sauerstoffgehalt des Abgases liefert,
    welche die Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches beeinflußt,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß eine zweite Information über den hinter dem Katalysator im Abgas vorhandenen Wasserstoff gebildet wird und
    daß die zweite Information die Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches beeinflußt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Information mit Hilfe eines Wasserstoffsensors gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Information aus einem Vergleich der Ergebnisse verschiedener Verfahren zur Beurteilung des Alterungszustandes des Katalysators gebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    Bilden einer ersten Größe für den Alterungszustand des Katalysators mit einem ersten Verfahren,
    Bilden einer zweiten Größe für den Alterungszustand des Katalysators mit einem zweiten Verfahren,
    Bilden einer dritten Größe, welche die Abweichung der ersten Größe von der zweiten Größe angibt,
    Vergleichen der dritten Größe mit einem vorbestimmten Schwellenwert
    Werten einer Schwellenwertüberschreitung als Zeichen für das Auftreten von Wasserstoff.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahren zur Bildung der Größe für den Alterungszustand auf Messungen der Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators unter Verwendung einer sauerstoffempfindlichen Abgassonde hinter dem Katalysator basieren.
  6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahren zur Bildung der Größen für den Alterungszustand unterschiedlich empfindlich auf das Auftreten von Wasserstoff hinter dem Katalysator reagieren.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
    Vollständiges Füllen des Katalysators mit Sauerstoff durch Betrieb des Verbrennungsmotors mit Luftüberschuß,
    Entleeren des Katalysators von Sauerstoff durch Betrieb des Verbrennungsmotors mit Kraftstoffüberschuß gegenüber der für stöchiometrische Verbrennung notwendigen Kraftstoffmenge,
    Feststellen einer völligen Entleerung des Katalysators von Sauerstoff durch ein Sauerstoffmangelsignal der genannten Abgassonde,
    Bestimmen der Kraftstoffüberschußmenge, mit der der Verbrennungsmotor zwischen dem Beginn des Entleerens des Katalysators und dem Auftreten des Sauerstoffmangelsignals betrieben wurde,
    Bilden der ersten Größe für den Alterungszustand auf der Basis der bestimmten Kraftstoffüberschußmenge.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Verfahren die folgenden Schritte umfaßt:
    Vollständiges Entleeren des Katalysators von Sauerstoff durch Betrieb des Verbrennungsmotors mit Kraftstoffüberschuß,
    Füllen des Katalysators mit Sauerstoff durch Betrieb des Verbrennungsmotors mit Luftüberschuß gegenüber der für stöchiometrische Verbrennung notwendigen Luftmenge,
    Feststellen einer völligen Füllung des Katalysators mit Sauerstoff durch ein Sauerstoffüberschußsignal der genannten Abgassonde,
    Bestimmen der Sauerstoffüberschußmenge, mit der der Verbrennungsmotor zwischen dem Beginn des Füllens des Katalysators und dem Auftreten des Sauerstoffüberschußsignals betrieben wurde,
    Bilden der zweiten Größe für den Alterungszustand auf der Basis der bestimmten Sauerstoffüberschußmenge.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Information das Auftreten von Wasserstoff signalisiert, wenn das erste Verfahren den Katalysator als alt beurteilt und das zweite Verfahren den Katalysator als neu beurteilt.
  10. Elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung der Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 - 9.
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