EP1884643A2 - Method for controlling the exhaust gas composition when operating an exhaust gas treatment device - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for controlling an exhaust gas composition during operation of an exhaust gas purification system of an internal combustion engine, wherein in the flow direction of the exhaust gas downstream of the exhaust gas purification system, a lambda value of the exhaust gas is measured by means of a lambda probe which emits a probe output signal.
- the storage capacity of an exhaust gas purification system for oxygen is utilized to take up oxygen in lean phases and to release it again in the fat phase. This ensures that oxidizable noxious gas components of the exhaust gas can be converted.
- OSC oxygen storage capacity
- the lambda probe behind the exhaust gas purification system detects these components to be oxidized.
- this lambda probe detects in longer lean phases the oxygen that can no longer be stored by the emission control system.
- the exhaust gas composition must be shifted in the direction of a rich exhaust gas having a reduced lambda value in order to obtain optimum conversion capability of the exhaust gas purification system.
- the desired value of the exhaust gas composition becomes apparent an aging index for the emission control system, the aging index can be determined by testing of emission control systems.
- the object is achieved in that a ripple of the probe output signal is evaluated and a target value of the probe output signal and thus the lambda value are shifted into a range in which the ripple of the probe output signal falls below a predetermined value. It is advantageous here that catalyst aging does not have to be determined by previous tests. On the contrary, the lambda value of the exhaust gas can be adjusted based on an actual behavior of the exhaust gas purifying system so that an optimum conversion ability can be achieved. With the method according to the invention also poisoning mechanisms of the emission control system can be considered.
- the setpoint value of the probe output signal is shifted into the range of minimum ripple of the probe output signal, it can be achieved that the exhaust gas composition remains in an optimum range for the conversion capability of the emission control system, even when aged.
- the lambda value is checked for plausibility and the setpoint value of the probe output signal is reset to a starting value at an implausible lambda value, it is possible to achieve the range of optimum conversion capability even after fluctuations or disturbances of the probe output signal.
- the desired value of the probe output signal is adjusted only at constant operating conditions of the internal combustion engine.
- FIG. 1 schematically shows the technical environment in which the method according to the invention for controlling an exhaust gas composition during operation of an exhaust gas purification system 16 can be used.
- An internal combustion engine 10 is supplied with air via an air supply 11 and determines its mass with an air mass meter 12.
- the air mass meter 12 may be designed as a hot-film air mass meter.
- the exhaust gas of the internal combustion engine 10 is discharged via an exhaust passage 15, wherein in the flow direction of the exhaust gas behind the internal combustion engine 10, the exhaust gas cleaning system 16 is provided at the output of the exhaust gases are discharged via an exhaust gas discharge line 18.
- an engine control 19 is provided which supplies fuel to the internal combustion engine 10 via a fuel metering 13 and to the other the signals of the mass air flow sensor 12 and arranged in the exhaust passage 15 exhaust gas sensor 14 and arranged in the exhaust gas discharge line 18 Lambda probe 17 are supplied.
- the exhaust gas probe 14 determines a lambda actual value of an internal combustion engine 10 supplied fuel-air mixture; it can be designed as a broadband lambda probe.
- the lambda probe 17 determines the exhaust gas composition after the exhaust gas purification system 16.
- the lambda probe 17 may be formed as a jump probe.
- Embodiments are also known which have exclusively a lambda probe 17 in the flow direction of the exhaust gas after the exhaust gas purification system 16 and in which no exhaust gas probe 14 is provided in front of the exhaust gas purification system 16.
- emission control systems have an optimum conversion capability in the range of a slightly rich exhaust gas with a lambda around 0.995.
- the designed as a jump probe lambda probe 17 then outputs an output voltage of 600 to 650mV. If an aged exhaust gas cleaning system 16 is present, the optimum conversion capability continues to lie in the rich exhaust gas range and thus at a higher output voltage of the lambda probe 17.
- the relationship between the output voltage of the lambda probe 17 and a lambda value 30 of the exhaust gas acting on it is shown in an exhaust gas probe diagram 20 in FIG.
- the lambda value 30 of the exhaust gas is plotted along a lambda axis 27 and a probe output signal 23 is plotted along an output voltage axis 21.
- the optimal conversion capability of an exhaust gas purification system 16 is achieved in a designated "optimal control position 25" area.
- the essence of the invention is to detect the first ripple region 22 and the second ripple region 26 in the probe output signal 23 and to shift the operating point 24 such that a ripple in the probe output signal 23 remains below a predetermined value or is minimized.
- the operating point 24 is then within the optimal Rule position 25 and the conversion capability of the emission control system 16 is optimal.
Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Abgaszusammensetzung beim Betrieb einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine, wobei in Flussrichtung des Abgases hinter der Abgasreinigungsanlage ein Lambdawert des Abgases mittels einer Lambda-Sonde gemessen wird, welche ein Sonden-Ausgangssignal abgibt.The invention relates to a method for controlling an exhaust gas composition during operation of an exhaust gas purification system of an internal combustion engine, wherein in the flow direction of the exhaust gas downstream of the exhaust gas purification system, a lambda value of the exhaust gas is measured by means of a lambda probe which emits a probe output signal.
Das Speichervermögen einer Abgasreinigungsanlage für Sauerstoff wird dazu ausgenutzt, in Magerphasen Sauerstoff aufzunehmen und in Fettphasen wieder abzugeben. Hierdurch wird erreicht, dass oxydierbare Schadgaskomponenten des Abgases konvertiert werden können. Mit zunehmender Alterung der Abgasreinigungsanlage nimmt deren Speichervermögen für Sauerstoff OSC (Oxygen Storage Capacity) ab. Hierdurch kann in den Fettphasen nicht mehr genügend Sauerstoff zur Verfügung gestellt werden um das Abgas von den Schadgaskomponenten zu reinigen und die Lambda-Sonde hinter der Abgasreinigungsanlage detektiert diese zu oxydierenden Komponenten. Weiterhin detektiert diese Lambda-Sonde in längeren Magerphasen den Sauerstoff, der nicht mehr von der Abgasreinigungsanlage gespeichert werden kann.The storage capacity of an exhaust gas purification system for oxygen is utilized to take up oxygen in lean phases and to release it again in the fat phase. This ensures that oxidizable noxious gas components of the exhaust gas can be converted. As the emission control system ages, its oxygen storage capacity (OSC) decreases. As a result, not enough oxygen can be made available in the rich phases to clean the exhaust gas from the noxious gas components and the lambda probe behind the exhaust gas purification system detects these components to be oxidized. Furthermore, this lambda probe detects in longer lean phases the oxygen that can no longer be stored by the emission control system.
Altert die Abgasreinigungsanlage, muss die Abgaszusammensetzung in Richtung eines fetten Abgases mit einem verringerten Lambda-Wert verschoben werden, um eine optimale Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage zu erhalten. Gemäß dem Stand der Technik wird hierzu beispielsweise der Sollwert der Abgaszusammensetzung nach einem Alterungsindex für die Abgasreinigungsanlage verschoben, wobei der Alterungsindex durch Erprobungen von Abgasreinigungsanlagen bestimmt werden kann.If the exhaust gas purification system ages, the exhaust gas composition must be shifted in the direction of a rich exhaust gas having a reduced lambda value in order to obtain optimum conversion capability of the exhaust gas purification system. According to the state of the art, for example, the desired value of the exhaust gas composition becomes apparent an aging index for the emission control system, the aging index can be determined by testing of emission control systems.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine für eine optimale Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage geeignete Abgaszusammensetzung bereitzustellen.It is an object of the invention to provide an exhaust gas composition suitable for optimum conversion capability of the exhaust gas purification system.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine Welligkeit des Sonden-Ausgangssignals bewertet wird und ein Sollwert des Sonden-Ausgangssignals und damit der Lambdawert in einen Bereich verschoben werden, in dem die Welligkeit des Sonden-Ausgangssignals einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine Katalysatoralterung nicht durch vorherige Erprobungen bestimmt werden muss. Der Lambda-Wert des Abgases kann vielmehr aufgrund eines aktuellen Verhaltens der Abgasreinigungsanlage so eingestellt werden, dass eine optimale Konvertierungsfähigkeit erzielt werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch Vergiftungsmechanismen der Abgasreinigungsanlage berücksichtigt werden.The object is achieved in that a ripple of the probe output signal is evaluated and a target value of the probe output signal and thus the lambda value are shifted into a range in which the ripple of the probe output signal falls below a predetermined value. It is advantageous here that catalyst aging does not have to be determined by previous tests. On the contrary, the lambda value of the exhaust gas can be adjusted based on an actual behavior of the exhaust gas purifying system so that an optimum conversion ability can be achieved. With the method according to the invention also poisoning mechanisms of the emission control system can be considered.
Wird der Sollwert des Sonden-Ausgangssignals in den Bereich minimaler Welligkeit des Sonden-Ausgangssignals verschoben, kann erreicht werden, dass die Abgaszusammensetzung auch bei Alterung in einem für die Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage optimalen Bereich verbleibt.If the setpoint value of the probe output signal is shifted into the range of minimum ripple of the probe output signal, it can be achieved that the exhaust gas composition remains in an optimum range for the conversion capability of the emission control system, even when aged.
Wird der Lambda-Wert auf Plausibilität geprüft und wird bei einem nicht plausiblen Lambda-Wert der Sollwert des Sonden-Ausgangssignals auf einen Startwert zurückgesetzt, kann erreicht werden, dass auch nach Schwankungen oder Störungen des Sonden-Ausgangssignals der Bereich optimaler Konvertierungsfähigkeit wieder erreicht wird.If the lambda value is checked for plausibility and the setpoint value of the probe output signal is reset to a starting value at an implausible lambda value, it is possible to achieve the range of optimum conversion capability even after fluctuations or disturbances of the probe output signal.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Sollwert des Sonden-Ausgangssignals nur bei konstanten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine angepasst.In a preferred embodiment, the desired value of the probe output signal is adjusted only at constant operating conditions of the internal combustion engine.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1- in schematischer Darstellung das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann,
- Figur 2
- ein Sonden-Ausgangssignal einer Abgassonde in Abhängigkeit eines Lambdawerts.
- FIG. 1
- a schematic representation of the technical environment in which the method according to the invention can be used,
- FIG. 2
- a probe output of an exhaust probe in response to a lambda value.
Figur 1 zeigt schematisch das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Abgaszusammensetzung beim Betrieb einer Abgasreinigungsanlage 16 eingesetzt werden kann. Einer Brennkraftmaschine 10 wird Luft über eine Luftzuführung 11 zugeführt und deren Masse mit einem Luftmassenmesser 12 bestimmt. Der Luftmassenmesser 12 kann als Heißfilm-Luftmassenmesser ausgeführt sein. Das Abgas der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Abgaskanal 15 abgeführt, wobei in Strömungsrichtung des Abgases hinter der Brennkraftmaschine 10 die Abgasreinigungsanlage 16 vorgesehen ist, an deren Ausgang die Abgase über eine Abgasableitung 18 abgeführt werden. Zur Steuerung der Brennkraftmaschine 10 ist eine Motorsteuerung 19 vorgesehen, die zum einen der Brennkraftmaschine 10 über eine Kraftstoffdosierung 13 Kraftstoff zuführt und der zum anderen die Signale des Luftmassenmessers 12 und einer in dem Abgaskanal 15 angeordneten Abgas-Sonde 14 sowie einer in der Abgasableitung 18 angeordneten Lambda-Sonde 17 zugeführt werden. Die Abgas-Sonde 14 bestimmt einen Lambda-Istwert eines der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs; sie kann als Breitband-Lambdasonde ausgeführt sein. Die Lambda-Sonde 17 bestimmt die Abgaszusammensetzung nach der Abgasreinigungsanlage 16. Die Lambda-Sonde 17 kann als Sprungsonde ausgebildet sein. Es sind auch Ausführungsformen bekannt, die ausschließlich eine Lambda-Sonde 17 in Flussrichtung des Abgases nach der Abgasreinigungsanlage 16 aufweisen und bei denen keine Abgassonde 14 vor der Abgasreinigungsanlage 16 vorgesehen ist.FIG. 1 schematically shows the technical environment in which the method according to the invention for controlling an exhaust gas composition during operation of an exhaust
Es ist bekannt, dass Abgasreinigungsanlagen eine optimale Konvertierungsfähigkeit im Bereich eines leicht fetten Abgases mit einem Lambda um 0,995 aufweisen. Die als Sprungsonde ausgebildete Lambda-Sonde 17 gibt dann eine Ausgangsspannung von 600 bis 650mV ab. Liegt eine gealterte Abgasreinigungsanlage 16 vor, liegt die optimale Konvertierungsfähigkeit weiter im fetten Abgasbereich und somit bei einer höheren Ausgangsspannung der Lambdasonde 17.It is known that emission control systems have an optimum conversion capability in the range of a slightly rich exhaust gas with a lambda around 0.995. The designed as a jump
Der Zusammenhang zwischen der Ausgangsspannung der Lambda-Sonde 17 und einem Lambda-Wert 30 des sie beaufschlagenden Abgases ist in einem Abgassonden-Diagramm 20 in Figur 2 dargestellt. In dem Abgassonden-Diagramm 20 ist der Lambda-Wert 30 des Abgases entlang einer Lambda-Achse 27 aufgetragen und ein Sonden-Ausgangssignal 23 entlang einer Ausgangsspannungs-Achse 21. Bei einem niedrigen Lambda-Wert 30 gibt eine als Sprungsonde ausgebildete Lambda-Sonde 17 ein hohes Sonden-Ausgangssignal 23 ab, welches in einem Bereich um Lambda = 1 schnell zu niedrigen Werten abfällt. Die optimale Konvertierungsfähigkeit einer Abgasreinigungsanlage 16 wird dabei in einem mit "optimaler Regellage 25" bezeichneten Bereich erreicht. Bei einer neuwertigen Abgasreinigungsanlage 16 liegt dabei der einzustellende LambdaWert 30 bei einem Arbeitspunkt 24, der durch ein am untern Ende der optimalen Regellage 25 liegendes Sonden-Ausgangssignal 23 gekennzeichnet ist. Altert die Abgasreinigungsanlage 16, muss der Arbeitspunkt 24 zu einem niedrigeren Lambda-Wert 30 und damit zu einem höheren Sonden-Ausgangssignal 23 verschoben werden. Bei sehr niedrigen Lambda-Werten 30 kommt das Sonden-Ausgangssignal 23 in einen ersten Welligkeitsbereich 22, da die Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage 17 geringer wird. Wird die der Abgasreinigungsanlage nachgeschaltete Lambda-Sonde 17 mit Abgas eines Lambda-Werts 30 um Lambda = 1 oder wenig darüber beaufschlagt, zeigt das Sonden-Ausgangssignal 23 einen zweiten Welligkeitsbereich 26 aufgrund der Sprungcharakteristik der Lambda-Sonde 17.The relationship between the output voltage of the
Kern der Erfindung ist es, den ersten Welligkeitsbereich 22 und den zweiten Welligkeitsbereich 26 im Sonden-Ausgangssignal 23 zu detektieren und den Arbeitspunkt 24 so zu verschieben, dass eine Welligkeit im Sonden-Ausgangssignal 23 unter einem vorgegebenen Wert bleibt oder minimiert wird. Der Arbeitspunkt 24 liegt dann innerhalb der optimalen Regellage 25 und die Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsanlage 16 ist optimal.The essence of the invention is to detect the
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