WO2002081887A2 - Verfahren zum reinigen des abgases einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for cleaning the exhaust gas of an internal combustion engine operated by means of lambda control with an exhaust tract in which a catalytic converter is arranged, a pre-cat lambda value of the exhaust gas being continuously detected upstream of the catalytic converter, a pre-cat lambda signal being generated , the pre-cat lambda signal is used as the reference variable of the lambda control, a post-cat lambda value of the exhaust gas downstream of the catalytic converter is continuously recorded, a post-cat lambda signal being generated which depends monotonically falling on the lambda value of the exhaust gas downstream of the catalytic converter, and by means of the Post-cat lambda signal in a trim control a correction of the lambda control is carried out.
  • a three-way catalytic converter is usually arranged in the exhaust tract of the internal combustion engine in internal combustion engines which operate on the Otto principle.
  • a lambda sensor upstream of this catalytic converter, which emits a signal which is dependent on the residual oxygen content contained in the exhaust gas. This residual oxygen content in turn depends on the mixture that was fed to the internal combustion engine. If there is excess fuel (rich mixture or air ratio with lambda ⁇ 1), the proportion of oxygen in the raw exhaust gas is lower, if there is excess air during combustion (lean mixture or air ratio with lambda> 1).
  • the lambda probes usually used upstream of the catalytic converter which are also referred to as pre-cat lambda probes due to their position, are so-called binary or jump probes.
  • It is characteristic of this two-point behavior of binary lambda probes that, in the area in which the characteristic curve has a steep slope, the signal emitted by the lambda probe is very strongly dependent on the lambda value of the exhaust gas.
  • the slope of the characteristic curve then flattens out significantly from a lambda value close to 1.
  • Lambda probes are also known which deliver a clear, strictly monotonically increasing signal in a wide lambda range (between approximately 0.7 and 4). These lambda probes are referred to as linear lambda probes or broadband lambda probes.
  • each lambda probe The dynamic and static properties of each lambda probe are changed by aging and poisoning of the probe. This shifts the position of the signal level corresponding to ⁇ 0 .
  • a further lambda probe downstream of the three-way catalytic converter which, owing to its greater distance from the internal combustion engine, has lower thermal loads and, owing to its location downstream of the catalytic converter, a lower exposure. is exposed to chemically aggressive substances.
  • This lambda probe which is also referred to as the post-cat lambda probe due to its location downstream of the catalytic converter, serves as a monitor probe for monitoring the catalytic conversion and enables fine adjustment of the mixture by correcting the ⁇ 0 assigned signal level of the pre-cat lambda probe so that the most favorable lambda value ⁇ o for the conversion can always be maintained on average. This process is known as guidance or trim control.
  • trim control method is known in which instead of a post-cat lambda probe signal, the signal of a NO x sensitive sensor arranged downstream of a three-way catalyst is used.
  • a similar trim control method using a NO x sensitive sensor is described in DE 198 52 244 Cl.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for purifying the exhaust gas of an internal combustion engine operated in lambda control, in which trim control with a longer service life of the post-cat lambda probe is possible with highly efficient three-way catalysts.
  • this measurement signal is relatively low. It only has to be in the area in question, i.e. if the post-cat lambda signal is above the threshold value, allow a more precise statement about the lambda value than the post-cat lambda signal. This implies that there is a clear association between the measurement signal and the lambda value of the exhaust gas downstream of the catalytic converter, which is why the measurement signal must depend on the lambda value in a strictly monotonous increase or decrease.
  • the threshold should be such that at levels of the post-cat lambda signal below the threshold value there is sufficient accuracy of the post-cat lambda signal for the trim control. Since the post-cat lambda signal is no longer used above the threshold value for trim control, but rather the measurement signal, it is particularly expedient to select the threshold value such that all signal levels above the threshold value for trim control no longer allow a sufficient resolution of the lambda value , The threshold value thus results from the precision requirements that the trim control places on the post-cat lambda signal and from the measurement accuracy that the post-cat lambda signal can guarantee as a function of the lambda value of the exhaust gas.
  • a possible signal that is suitable as a measurement signal in the invention is the output signal of a broadband lambda probe.
  • a broadband lambda probe is advantageous because their characteristic curve over a wide lambda range, in particular over which is considered in the trim control of a lambda-controlled internal combustion engine operated with a stoichiometric mixture, has a relatively constant slope. Switching to the measurement signal of the broadband lambda probe when the post-cat lambda probe signal is above the threshold is particularly easy.
  • broadband lambda probes have the disadvantage that sometimes the signal level shifts considerably when the probe ages. Such a behavior, which occurs in particular in the case of less expensive broadband lambda probes, has hitherto precluded use as the sole sensor downstream of a three-way catalytic converter in a trim control.
  • the post-cat lambda probe signal of the binary post-cat lambda probe reaches the threshold value, then an exhaust gas composition with a certain lambda value is present at this time; the lambda value of the exhaust gas is therefore known at this time.
  • the measurement signal of the broadband lambda probe can be ditive errors can be corrected by the preferred further development of the method.
  • An error comparison of the measurement signal of the broadband lambda probe takes place at the threshold value.
  • a property of NO x sensors can be used in a positive way, which up to now has been perceived as rather annoying and therefore reduced as much as possible.
  • the threshold value is 0.45 V (claim 6).
  • the object on which the invention is based is achieved in that A linear post-cat lambda signal is generated in the broadband lambda probe, which depends on the lambda value of the exhaust gas downstream of the catalytic converter increasing in a strictly monotonous manner, the linear post-cat lambda signal trimming control is used and, when a certain signal level of the binary post-cat lambda signal is present, an actual signal level at the same time of the linear post-cat lambda signal is determined, a corresponding target signal level of the linear post-cat lambda signal is determined from the lambda value which is assigned to the specific signal level of the binary post-cat lambda signal and a difference between the actual signal level and the target signal level the trim control is taken into account as a correction factor, in particular as an additive factor for offset correction (claim 7).
  • the signal of a broadband lambda probe is used continuously for trim control.
  • the output signal of a binary post-cat lambda probe is additionally evaluated in order to enable the offset of the post-cat lambda signal used for the trim control to be compared.
  • the offset can be adjusted intermittently at certain intervals. These should be selected so that there is no change in the offset between the adjustment times, which could lead to an inadmissible falsification of the trim control.
  • 1 is a schematic block diagram of an internal combustion engine with an exhaust gas purification system
  • 2 shows the dependency of a post-cat lambda signal of a binary lambda probe and a NO x measurement signal of a NO x sensor on the lambda value
  • FIG. 3 shows the dependence of a post-cat lambda signal of a binary lambda probe and of a broadband lambda probe.
  • the invention relates to the cleaning of the exhaust gas of an internal combustion engine by means of an exhaust gas cleaning system, as is shown schematically in FIG. 1.
  • It can be an internal combustion engine working with a mixture intake or with direct fuel injection.
  • the operation of the internal combustion engine 1 of FIG. 1 is controlled by an operating control unit 2.
  • a fuel supply system 3, which can be designed as an injection system, for example, is actuated by the operating control device 2 via lines, which are not described in more detail, and provides the fuel allocation for the internal combustion engine 1.
  • a catalytic converter 5 which has three-way properties , It also has a NO x -reducing function, for the regulation of which a NO x sensor 6 is provided downstream of the catalytic converter 5.
  • the NO-reducing mode of operation of the exhaust gas cleaning system is not important.
  • the catalytic converter 5 Due to its three-way properties, the catalytic converter 5 has an optimal effect with a lambda value ⁇ 0 .
  • ⁇ 0 can be between 0.99 and 1 depending on the catalyst.
  • a pre-cat lambda probe 7 is provided upstream of the catalytic converter 5, which like the NO x sensor 6 does not exceed its measured values outputs lines specified in more detail to the operating control device 2.
  • the operating control device 2 is also supplied with the measured values of further sensors, in particular for the speed, load, catalyst temperature, etc. The operating control device 2 controls the operation of the internal combustion engine 1 with the aid of these measured values.
  • the internal combustion engine 1 is operated in a lambda control in such a way that the signal of the lambda probe 7 indicating the oxygen content in the raw exhaust gas corresponds on average to a predetermined signal level.
  • this signal level in the exhaust gas corresponds to ⁇ 0 , that is to say the lambda value at which the catalytic converter 5 has optimal three-way properties.
  • the trim controller 8 then generates a manipulated value that compensates for such a shift, so that it is ensured that the internal combustion engine 1 is regulated by the operating control device 2 in such a way that the lambda value of the raw exhaust gas in the exhaust tract 4 upstream of the catalytic converter 5 is as accurate as possible to the desired lambda value at which the catalytic converter 5 has optimal properties, corresponds to it and is therefore in the so-called catalytic converter window.
  • the trim controller 8 requires a post-cat lambda signal for this trim control, which reproduces the lambda value of the exhaust gas downstream of the catalytic converter 5 with sufficient precision.
  • a NO x sensor 6 is used to obtain this signal, which not only emits a NO x -dependent signal but also a binary lambda signal.
  • a separate binary lambda sensor downstream of the catalytic converter 5 can also be used.
  • the course of the post-cat lambda signal as a function of the lambda value is shown in curve 9 of FIG. 2. As can be seen, the output voltage U increases with falling lambda values. In the lean range, with lambda values well above 1, the slope of curve 9 of the post-cat lambda signal is relatively flat.
  • the trim controller 8 no longer uses the post-cat lambda signal, which is shown in curve 9, but rather the NO x concentration indicating signal of the NO x sensor 6. This signal is shown as curve 13 in FIG. 2.
  • a broadband lambda probe can also be used. 3, the curve 9 of the post-cat lambda signal being drawn in again.
  • the broadband lambda signal 15 depends on the lambda value in a strictly monotonous increase. However, it is subject to aging influences, which can lead to a shift by an offset V, so that the
  • Broadband lambda signal 15 can also have the course designated by reference numeral 16. If such an aging dependency occurs, the broadband lambda signal 15 is not readily suitable for trim control.
  • the trim controller 8 then corrects the offset V in the following way:
  • the signal level of the broadband lambda signal which is present at the same time is determined. Since the lambda value is known at the same time, the current offset V of the broadband lambda signal can be determined therefrom. This value for the offset is continuously taken into account in the determination of the lambda value from the broadband lambda signal 15 if the trim controller 8 uses the broadband lambda signal and not the postcat lambda signal at trim levels of the post-cat lambda signal above the threshold value for trim control.
  • the broadband lambda signal can also be used continuously for trim control, each time the signal level of the post-cat lambda signal a predetermined lambda value of the exhaust gas downstream of the catalyst 5 indicates the offset V is determined and thereby an adjustment of the broadband lambda signal is achieved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reinigung des Abgases einer unter Lambda-Regelung betriebenen Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt, in dem ein Katalysator angeordnet ist, wobei fortlaufend ein Vorkat-Lambdawert des Abgases stromauf des Katalysators erfasst wird, wobei ein Vorkat-Lambdasignal erzeugt wird, das Vorkat-Lambdasignal als Führungsgröße der Lambda-Regelung verwendet wird, fortlaufend ein Nachkat-Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators erfasst wird, wobei ein Nachkat-Lambdasignal erzeugt wird, das monoton fallend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators abhängt, und mittels des Nachkat-Lambdasignals in einer Trimmregelung eine Korrektur der Lambda-Regelung durchgeführt wird, wobei ein Messsignal erzeugt wird, das zumindest unterhalb eines bestimmten Lambdawertes nahe Lambda = 1 streng monoton steigend oder fallend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators abhängt, und bei Signalpegeln des Nachkat-Lambdasignals oberhalb eines Schwellenwertes das weitere Messsignal und bei Signalpegeln des Nachkat-Lambdasignales unterhalb dieses Schwellenwertes das Nachkat-Lambdasignal selbst zur Trimmregelung verwendet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Reinigen des Abgases einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung des Abgases einer mittels Lambda-Regelung betriebenen Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt, in dem ein Katalysator angeordnet ist, wobei fortlaufend ein Vorkat-Lambdawert des Abgases stromauf des Katalysators erfasst wird, wobei ein Vorkat-Lambdasignal erzeugt wird, das Vorkat-Lambdasignal als Führungsgröße der Lambda-Regelung verwendet wird, fortlaufend ein Nachkat-Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators erfasst wird, wobei ein Nachkat-Lambdasignal erzeugt wird, das monoton fallend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators abhängt, und mittels des Nachkat-Lambdasignals in einer Trimmregelung eine Korrektur der Lambda-Regelung durchgeführt wird.
Zur Reinigung des Abgases ist bei Brennkraftmaschinen, die nach dem Otto-Prinzip arbeiten, üblicherweise ein Drei-Wege- Katalysator im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordnet. Stromauf dieses Katalysators befindet sich eine Lambda-Sonde, die ein Signal abgibt, das abhängig vom im Abgas enthaltenen Restsauerstoffanteil ist. Dieser Restsauerstoffanteil wieder- um hängt vom Gemisch ab, das der Brennkraftmaschine zugeführt wurde. Bei Kraftstoffüberschuss (fettes Gemisch bzw. Luftzahlen mit Lambda < 1) ist der Sauerstoffanteil im Rohabgas niederer, bei Luftüberschuss während der Verbrennung (mageres Gemisch bzw. Luftzahlen mit Lambda > 1) höher.
Bei den üblicherweise stromauf des Katalysators verwendeten Lambda-Sonden, die aufgrund ihrer Lage auch als Vorkat- Lambdasonden bezeichnet werden, handelt es sich um sogenannte binäre oder Sprung-Sonden. Bei diesen liegt bei magerem Ge- misch (Lambda > 1) die Ausgangsspannung üblicherweise unter 100 mV, steigt bei einer stöchiometrischen Verbrennung mit Lambda = 1 fast sprunghaft und erreicht bei fettem Gemisch (Lambda < 1) Werte über 0,6 V; dies wird als Zweipunkt- Verhalten bezeichnet. Charakteristisch für dieses Zweipunkt- Verhalten von binären Lambda-Sonden ist es, dass im Bereich, in dem die Kennlinie eine starke Steigung aufweist, mithin das von der Lambda-Sonde abgegebene Signal sehr stark vom Lambdawert des Abgases abhängt. Zu fetterem Gemisch hin flacht die Steigung der Kennlinie dann ab einem Lambdawert nahe 1 deutlich ab. Bei gegenwärtig verfügbaren binären Lambda-Sonden liegt der dadurch bedingte Knick der Kennlinie etwa bei Lambda = 0,998.
Es sind auch Lambda-Sonden bekannt, die in einem weiten Lamb- da-Bereich (zwischen etwa 0,7 und 4) ein eindeutiges, streng monoton steigendes Signal liefern. Diese Lambda-Sonden werden als lineare Lambda-Sonden oder Breitband-Lambdasonden bezeichnet .
Der Betrieb einer Lambda-geregelten Brennkraftmaschine erfolgt nun so, dass das den Lambdawert des Rohabgases wieder- gebende Ausgangssignal der Lambda-Sonde um einen vorbestimmten Mittelwert schwingt, der in etwa Lambda = 1 zugeordnet ist. Da ein Drei-Wege-Katalysator beim Rohabgas mit einem bestimmten Lambdawert λ0 optimale katalytische Eigenschaften zeigt, sollte dieser vorbestimmte Mittelwert auch tatsächlich λ0 entsprechen. Je nach Katalysator kann der Lambdawert λ0, bei dem optimale katalytische Wirkung vorliegt, leicht von Lambda = 1 abweichen, beispielsweise bei Lambda = 0,99, insbesondere Lambda = 0,998 liegen.
Die dynamischen und statischen Eigenschaften jeder Lambda- Sonde werden durch Alterung und Vergiftung der Sonde verändert. Dadurch wird die Lage des λ0 entsprechenden Signalpegels verschoben. Um diesem abzuhelfen, ist es bekannt, stromab des Drei-Wege-Katalysators eine weitere Lambda-Sonde anzu- ordnen, die aufgrund ihrer größeren Entfernung zur Brennkraftmaschine geringeren thermischen Belastungen und aufgrund ihrer Lage stromab des Katalysators einer geringeren Beauf- schlagung mit chemisch aggressiven Substanzen ausgesetzt ist. Diese Lambda-Sonde, die aufgrund der Lage stromab des Katalysators auch als Nachkat-Lambdasonde bezeichnet wird, dient als Monitorsonde zur Überwachung der katalytischen Umwandlung und ermöglicht eine Feinregulierung des Gemisches, indem der λ0 zugeordnete Signalpegel der Vorkat-Lambdasonde so korrigiert wird, dass der für die Konvertierung gunstigste Lambdawert λo im Mittel immer eingehalten werden kann. Dieses Verfahren wird als Fuhrungs- oder Trimmregelung bezeichnet.
Aus der DE 198 19 461 AI ist ein Trimmregelungsverfahren bekannt, bei dem statt eines Nachkat-Lambdasondensignals das Signal eines stromab eines Drei-Wege-Katalysators angeordneten NOx-sensitiven Messaufnehmers verwendet wird. Ein ahnli- ches Trimmregelungsverfahren unter Einsatz eines NOx- empfindlichen Messaufnehmers ist in der DE 198 52 244 Cl beschrieben.
Im Zuge der fortschreitenden Reduzierung der von einer Brenn- kraftmaschme emittierten Schadstoffe, sind mittlerweile
Drei-Wege-Katalysatoren verfugbar, die eine deutlich gesteigerte Konvertierungsrate für Kohlenwasserstoffe, Kohlenmono- xid und Stickoxide aufweisen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass solche hochwirksamen Katalysatoren das Verhalten der Nachkat-Lambdasonde dahingehend verandern, dass die Steigung der Sondenkennlinie im fetten Gemischbereich, d.h. bei Lamb- dawerten < 1, als deutlich flacher verlauft, als bei fabrikneuen Sonden oder bei gealterten Sonden, die mit herkömmlichen Drei-Wege-Katalysatoren betrieben wurden. Darüber hinaus fuhrt die Alterung meist auch zu einer Verschiebung des Signalpegels, d.h. zu einer Veränderung des Offsets, wodurch im fetten Gemischbereich das Signal Pegel annimmt, die keine sichere Auswertung des Signals mehr erlauben, da sie außerhalb der Herstellerspezifikationen liegen. Diese Offsetverschie- bung verschärft die Problematik der Kurvenabflachung zusätzlich. Mit derart gealterten Sonden ist eine Trimmregelung nicht mehr mit der erforderlichen Genauigkeit möglich, bzw. die gewünschte Langlebigkeit der Nachkat-Lambdasonde wird nicht erreicht.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinigung des Abgases einer in Lambda-Regelung betriebenen Brennkraftmaschine anzugeben, bei dem mit hocheffizienten Drei-Wege-Katalysatoren eine Trimmregelung bei längerer Standzeit der Nachkat-Lambdasonde möglich ist.
Diese Aufgabe wird bei einem eingangs geschilderten Verfahren dadurch gelöst, dass ein Messsignal erzeugt wird, das zumindest unterhalb eines bestimmten Lambdawertes nahe Lambda = 1 streng monoton steigend oder fallend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators abhängt, und bei Signalpegeln des Nachkat-Lambdasignals oberhalb eines Schwellenwertes das weitere Messsignal und bei Signalpegeln des Nachkat- Lambdasignales unterhalb dieses Schwellenwertes das Nachkat- Lambdasignal selbst zur Trimmregelung verwendet wird.
Erfindungsgemäß wird also zur Trimmregelung weiterhin das
Signal einer Nachkat-Lambdasonde verwendet. Allerdings wird in dem Lambdabereich, in dem das Signal dieser Sonde nicht mehr zur Trimmregelung tauglich ist, ein anderes erzeugtes Messsignal zur Trimmregelung eingesetzt. Wann dieser Bereich, in dem das Signal der Nachkat-Lambdasonde nicht mehr ausreichend genau ist, vorliegt, wird anhand des Signalpegels des Nachkat-Lambdasignals entschieden. Liegt dieser Signalpegel oberhalb eines Schwellenwertes, wird das Messsignal zur Trimmregelung eingesetzt. Liegt der Signalpegel des Nachkat- Lambdasignals unterhalb des Schwellenwertes, wird wie bekannt das Nachkat-Lambdasignal zur Trimmregelung verwendet.
Dieses Vorgehen hat den Vorteil, dass die Trimmregelung auf Basis des herkömmlichen Nachkat-Lambdasignals in den Berei- chen, in denen sie weiterhin die bekannt guten Ergebnisse zeigt, unverändert bleibt. Lediglich in den Bereichen, in denen sie durch die hochkonvertierenden Katalysatoreigenschaf- ten das Nachkat-Lambdasignal nicht mehr über die gesamte Nutzlebensdauer tauglich ist, wird dieses durch das Messsignal ersetzt.
Die Anforderungen an dieses Messsignal sind relativ gering. Es muss lediglich im fraglichen Bereich, d.h. dann, wenn das Nachkat-Lambdasignal oberhalb des Schwellenwertes liegt, eine präzisere Aussage über den Lambdawert erlauben, als das Nachkat-Lambdasignal. Dies impliziert, dass es eine eindeutige Zuordnung zwischen Messsignal und Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators gibt, weshalb das Messsignal streng monoton steigend oder fallend vom Lambdawert abhängen muss.
Der Schwellenwert sollte so liegen, dass bei Pegeln des Nach- kat-Lambdasignals unterhalb des Schwellenwertes eine für die Trimmregelung ausreichende Genauigkeit des Nachkat- Lambdasignals gegeben ist. Da oberhalb des Schwellenwertes zur Trimmregelung nicht mehr das Nachkat-Lambdasignal verwendet wird, sondern das Messsignal, ist es besonders zweckmä- ßig, den Schwellenwert so zu wählen, dass alle Signalpegel o- berhalb des Schwellenwertes für die Trimmregelung keine ausreichende Auflösung des Lambdawertes mehr ermöglichen. Der Schwellenwert ergibt sich also aus den Präzisionsanforderungen, die die Trimmregelung an das Nachkat-Lambdasignal stellt, sowie aus der Messgenauigkeit, die das Nachkat- Lambdasignal in Abhängigkeit vom Lambdawert des Abgases gewährleisten kann.
Aufgrund des zweipunktartigen Verlaufes hat das Sondensignal im Bereich Lambda = 1 eine sehr große Steigung. Diese ermöglicht ist, den Schwellenwert exakt so zu definieren, dass er Lambda = 1 entspricht. Die große Steigung gewährleistet zugleich eine hohe Genauigkeit dieser Zuordnung.
Ein mögliches, als Messsignal in der Erfindung taugliches Signal ist das Ausgangssignal einer Breitband-Lambdasonde . Eine solche Breitband-Lambdasonde ist deshalb vorteilhaft, da ihre Kennlinie über einen weiten Lambda-Bereich, insbesondere über den bei der Trimmregelung einer mit stöchiometrischem Gemisch betriebenen, Lambda-geregelten Brennkraftmaschine in Betracht kommt, eine relativ konstante Steigung aufweist. Das Wechseln auf das Messsignal der Breitband-Lambdasonde, wenn das Nachkat-Lambdasondensignal oberhalb des Schwellenwertes liegt, ist damit besonders einfach.
Breitband-Lambdasonden haben jedoch den Nachteil, dass mitun- ter bei Sondenalterung eine starke Verschiebung des Signalpegels auftritt. Ein solches, insbesondere bei kostengünstigeren Breitband-Lambdasonden auftretendes Verhalten, schloss bislang den Einsatz als alleiniger Messaufnehmer stromab eines Drei-Wege-Katalysators in einer Trimmregelung aus. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass der Schwellenwert des Nachkat- Lambdasignals einem bestimmten Lambdawert nahe Lambda = 1 entspricht, zu dem Zeitpunkt, zu dem das Nachkat-Lambdasignal gleich dem Schwellenwert ist, die Differenz zwischen dem vom Messsignal angezeigten Lambdawert und dem bestimmten Lambdawert ermittelt wird und dem bestimmten Lambdawert ermittelt wird und diese Differenz bei der Trimmregelung berücksichtigt wird, soweit dabei das Messsignal verwendet wird (Patentanspruch 3) .
Damit wird erreicht, dass eine alterungsbedingte Veränderung des Signalpegels, insbesondere ein geänderter Offset, der das Messsignal bereitstellenden Breitband-Lambdasonde ausgeglichen wird.
Erreicht das Nachkat-Lambdasondensignal der binären Nachkat- Lambdasonde den Schwellenwert, so liegt zu diesem Zeitpunkt eine Abgas Zusammensetzung mit einem bestimmten Lambdawert vor; man kennt also zu diesem Zeitpunkt den Lambdawert des Abgases. Durch die Kenntnis des Lambdawertes kann das Messsignal der Breitband-Lambdasonde hinsichtlich eventueller ad- ditiver Fehler durch die bevorzugte Weiterbildung des Verfahrens korrigiert werden. Es findet somit ein Fehlerabgleich des Messsignals der Breitband-Lambdasonde am Schwellenwert statt.
Im Abgas einer Brennkraftmaschine, die mit fettem Gemisch betrieben wird, findet sich aufgrund des Kraftstoffüberangebotes bei der Verbrennung relativ wenig Stickoxid, verglichen mit magerer Verbrennung, bei der Luftüberschuss besteht. Man würde deshalb bei einem NOx-Sensor im mageren Bereich, d.h. bei Lambdawerten < 1, keine merkliche Abhängigkeit des Sensorsignals vom Lambdawert erwarten. Jedoch entsteht bei Verbrennung von fettem Kraftstoffgemisch NH3. Es ist deshalb vorteilhaft möglich, das für die Erfindung notwendige Mess- signal mittels eines NOx-Messaufnehmer zu erzeugen, der eine Querempfindlichkeit gegen NH3 zeigt. Diese Weiterbildung ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen, die einen NOx- Messaufnehmer, beispielsweise zur Steuerung eines NOx- Katalysators aufweisen, vorteilhaft. Bei dieser Weiterbil- düng, bei der das Nachkat-Lambdasignal mittels einem binären Lambda-Sondensignal gewonnen wird und das Messsignal mittels einer eine NH3-Querempfindlichkeit zeigenden NOx-Sonde gewonnen wird und unterhalb Lambda = 1 streng monoton fallend vom Lambdawert des Abgases abhängt, kann auf ohnehin bereits vor- gesehene Messaufnehmer zurückgegriffen werden (Patentanspruch 4) . Zusätzliche Messaufnehmer sind damit nicht erforderlich. Durch dieses Verfahren kann eine Eigenschaft von NOx- Messaufnehmern positiv ausgenutzt werden, die bislang an und für sich eher als störend empfunden und deshalb möglichst re- duziert wurde.
Setzt man zur Gewinnung des Nachkat-Lambdasignals eine binäre Lambdasonde ein, ist es zu bevorzugen, dass der Schwellenwert 0,45 V beträgt (Patentanspruch 6).
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird in einer alternativen Ausbildung dadurch gelöst, dass mittels einer Breitband-Lambdasonde ein lineares Nachkat-Lambdasignal erzeugt wird, das streng monoton steigend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators abhängt, das lineare Nachkat-Lambdasignal Trimmregelung verwendet wird und bei Vorlie- gen eines bestimmten Signalpegels des binären Nachkat- Lambdasignals gleichzeitig ein Ist-Signalpegel des linearen Nachkat-Lambdasignals ermittelt wird, aus dem Lambdawert, der dem bestimmten Signalpegels des binären Nachkat-Lambdasignals zugeordnet ist, ein entsprechender Soll-Signalpegel des line- aren Nachkat-Lambdasignals bestimmt wird und eine Differenz zwischen Ist-Signalpegel und Soll-Signalpegel bei der Trimmregelung als Korrekturfaktor, insbesondere als additiver Faktor zur Offsetkorrektur, berücksichtigt wird (Patentanspruch 7) .
In dieser Ausbildung wird fortwährend zur Trimmregelung das Signal einer Breitband-Lambdasonde verwendet. Um alterungsbedingte Verschiebungen des Signalpegels eines solchen Nachkat- Lambdasignals auszugleichen, wird zusätzlich das Ausgangssig- nal einer binären Nachkat-Lambdasonde ausgewertet, um auf bereits beschriebene Art einen Abgleich des Versatzes des für die Trimmregelung verwendeten Nachkat-Lambdasignals zu ermöglichen. Diese erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erlaubt es, für die Trimmregelung durchgehend ein Nachkat-Lambdasignal zu verwenden. Ein Umschalten ist nicht nötig.
Der Abgleich des Versatzes kann intermittierend in gewissen Zeitabständen erfolgen. Diese sollten so gewählt sein, dass sich zwischen den Abgleichzeitpunkten keine Änderung des Ver- satzes einstellt, die zu einer unzulässigen Verfälschung der Trimmregelung führen könnten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft noch näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Blockdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsanlage, Fig. 2 die Abhängigkeit eines Nachkat-Lambdasignals einer binaren Lambda-Sonde sowie eines NOx-Messsignals eines NOx-Messaufnehmers vom Lambdawert, und
Fig. 3 die Abhängigkeit eines Nachkat-Lambdasignals einer binaren Lambda-Sonde sowie einer Breitband-Lambdasonde .
Die Erfindung betrifft die Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine mittels einer Abgasreinigungsanlage, wie sie schematisch in Fig. 1 dargestellt ist. Es kann sich dabei um eine mit Gemischansaugung oder mit Kraftstoffdirektemsprit- zung arbeitende Brennkraftmaschine handeln. Der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 der Fig. 1 wird von einem Betriebssteu- ergerat 2 gesteuert. Ein Kraftstoffzufuhrsystem 3, das z.B. als Einspritzanlage ausgebildet sein kann, wird über nicht naher bezeichnete Leitungen vom Betriebssteuergerat 2 angesteuert und besorgt die KraftstoffZuteilung für die Brenn- kraftmaschine 1. In deren Abgastrakt 4 befindet sich ein Katalysator 5, der Drei-Wege-Eigenschaften hat. Er weist darüber hinaus eine NOx-reduzιerende Funktion auf, für deren Regelung ein NOx-Messaufnehmer 6 stromab des Katalysators 5 vorgesehen ist. Auf die NO-reduzιerende Arbeitsweise der Ab- gasreinigungsanlage kommt es jedoch im folgenden nicht an.
Der Katalysator 5 hat aufgrund seiner Drei-Wege-Eigenschaften bei einem Lambdawert λ0 optimale Wirkung. λ0 kann je nach Katalysator zwischen 0,99 und 1 liegen.
Zum Lambda-geregelten Betrieb der Brennkraftmaschine 1, der für optimale Drei-Wege-Wirkung des Katalysators 5 erforderlich ist, ist stromauf des Katalysators 5 eine Vorkat-Lambda- Sonde 7 vorgesehen, die ebenso wie der NOx-Messaufnehmer 6 ihre Messwerte über nicht naher bezeichnete Leitungen an das Betriebssteuergerat 2 abgibt. Dem Betriebssteuergerat 2 werden ferner die Messwerte weiterer Messaufnehmer, insbesondere für die Drehzahl, Last, Katalysatortemperatur usw. zugeführt. Mit Hilfe dieser Messwerte steuert das Betriebssteuergerät 2 den Betrieb der Brennkraftmaschine 1.
Der Betrieb der Brennkraftmaschine 1 erfolgt dabei in einer Lambdaregelung so, dass das den Sauerstoffgehalt im Rohabgas anzeigende Signal der Lambda-Sonde 7 im Mittelwert einem vorbestimmten Signalpegel entspricht. Bei einer normalen, voll funktionsfähigen, insbesondere nicht Alterungseinflüssen unterworfenen Vorkat-Lambdasonde 7 entspricht dieser Signalpe- gel im Abgas λ0, also dem Lambdawert, bei dem der Katalysator 5 optimale Drei-Wege-Eigenschaften aufweist.
Um diesen, λ0-zugeordneten Signalpegel der Vorkat-Lambdasonde 7 fein zu justieren und damit Veränderungen der Vorkat- Lambdasonde auszugleichen, überprüft ein im Betriebssteuergerät 2 vorgesehener Trimmregler 8 durch ein Nachkat- Lambdasignal, auf dessen Erzeugung noch eingegangen wird und das den Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators 5 wiedergibt, ob der Lambda = 1 zugeordnete Signalpegel der Vorkat-Lambdasonde 7 einer z.B. alterungsbedingten Verschiebung unterworfen ist. Der Trimmregler 8 erzeugt dann einen Stellwert, der eine solche Verschiebung ausgleicht, so dass sichergestellt ist, dass die Brennkraftmaschine 1 vom Betriebssteuergerät 2 so geregelt wird, dass der Lambdawert des Rohabgases im Abgastrakt 4 stromauf des Katalysators 5 möglichst genau dem gewünschten Lambdawert, bei dem der Katalysator 5 optimale Eigenschaften aufweist, entspricht, mithin im sogenannten Katalysatorfenster liegt.
Der Trimmregler 8 benötigt für diese Trimmregelung ein Nachkat-Lambdasignal, das den Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators 5 mit ausreichender Präzision wiedergibt. Im vorliegenden Fall ist zur Gewinnung dieses Signals ein NOx- Messaufnehmer 6 verwendet, der nicht nur ein NOx-abhängiges Signal sondern auch ein binäres Lambdasignal abgibt. Natürlich kann auch eine separate binäre Lambdasonde stromab des Katalysators 5 Verwendung finden. Der Verlauf des Nachkat-Lambdasignals als Funktion des Lambdawertes ist in Kurve 9 der Fig. 2 dargestellt. Wie zu sehen ist, steigt die Ausgangsspannung U mit fallenden Lambdawerten an. Im mageren Bereich, bei Lambdawerten deutlich über 1, ist die Steigung der Kurve 9 des Nachkat-Lambdasignals relativ flach. In einem Abschnitt 10, der bei Lambdawerten etwas o- berhalb Lambda = 1 beginnt, hat die Kurve 9 dagegen eine sehr große Steigung. Bei Lambda 0,998 schließt sich daran zu nie- deren Lambdawerten ein Abschnitt 11 mit sehr geringer Steigung an. Die genaue Lage des dadurch gebildeten Knickes zwischen den Abschnitten 10 und 11 hängt vom Typ der binären Lambda-Sonde ab, er liegt jedoch regelmäßig nahe Lambda = 1. Die durchgezogen in Fig. 2 eingezeichnete Kurve 9 entspricht dem Ausgangssignal einer neuwertigen, binären Lambda-Sonde bei herkömmlichen Drei-Wege-Katalysatoren. Beim Einsatz stromab von Katalysatoren, die hohe statische Konvertierungsraten zeigen, und insbesondere einen erhöhten H2-Anteil im Abgasstrom stromab des Katalysators zur Folge haben, verläuft der Abschnitt 11 dagegen deutlich flacher. Dies ist als gestrichelter Abschnitt 12 in Fig. 2 eingetragen. Ein derart flacher Kurvenverlauf erlaubt nicht die für die Trimmregelung nötige genaue Bestimmung des Lambdawertes aus dem Nachkat- Lambdasignal .
Deshalb wird, sobald das Nachkat-Lambdasignal den Schwellenwert übersteigt, beispielsweise den in Fig. 2 eingezeichneten Wert von Lambda = 0,998, vom Trimmregler 8 nicht mehr das Nachkat-Lambdasignal verwendet, das in Kurve 9 eingezeichnet ist, sondern ein die NOx-Konzentration anzeigendes Signal des NOx-Messaufnehmers 6. Dieses Signal ist als Kurve 13 in Fig. 2 wiedergegeben.
Aufgrund einer Querempfindlichkeit gegen NH3 (Ammoniak) steigt dieses Signal unterhalb eines bestimmten Lambdawertes nahe Lambda = 1 mit sinkenden Lambdawerten an. In diesem Abschnitt 13 verwendet der Trimmregler 8 das Signal des NOx- Messaufnehmers zur Trimmregelung anstelle des Nachkat- Lambdasignals. In der Trimmregelung schaltet der Trimmregler 8 also bei einem ansteigenden Signalpegel des Nachkat- Lambdasignals vom Nachkat-Lambdasignal auf das Messsignal des NOx-Messaufnehmers 6 um, wenn der Signalpegel des Nachkat- Lambdasignals über einen bestimmten Schwellenwert, in diesem Fall dem Lambda = 0,998 entsprechenden Signalpegel steigt.
Anstelle des Signals des NOx-Messaufnehmers 6 kann auch eine Breitband-Lambdasonde verwendet werden. Deren Signal ist in Fig. 3 dargestellt, wobei wiederum die Kurve 9 des Nachkat- Lambdasignals eingezeichnet ist. Das Breitband-Lambdasignal 15 hängt streng monoton steigend vom Lambdawert ab. Es ist allerdings Alterungseinflüssen unterworfen, die zu einer Ver- Schiebung um einen Versatz V führen können, so dass das
Breitband-Lambdasignal 15 auch den mit Bezugszeichen 16 bezeichneten Verlauf haben kann. Tritt eine solche Alterungsabhängigkeit auf, so ist das Breitband-Lambdasignal 15 nicht ohne weiteres zur Trimmregelung geeignet. Der Trimmregler 8 korrigiert dann den Versatz V auf folgende Weise:
Zeigt das Nachkat-Lambdasignal (vgl. Kurve 9) einen dem Schwellenwert entsprechenden Signalpegel (Lambda = 0,998 in Fig. 3) so wird der gleichzeitig anliegende Signalpegel des Breitband-Lambdasignals bestimmt. Da gleichzeitig der Lambdawert bekannt ist, kann daraus der aktuelle Versatz V des Breitband-Lambdasignals ermittelt werden. Dieser Wert für den Versatz wird bei der Bestimmung des Lambda-Wertes aus dem Breitband-Lambdasignal 15 fortlaufend berücksichtigt, wenn der Trimmregler 8 bei Signalpegeln des Nachkat-Lambdasignals oberhalb des Schwellenwertes zur Trimmregelung das Breitband- Lambdasignal verwendet und nicht das Nachkat-Lambdasignal.
Alternativ kann auch fortwährend das Breitband-Lambdasignal zur Trimmregelung herangezogen werden, wobei jedes Mal dann, wenn der Signalpegel des Nachkat-Lambdasignals einen vorbestimmten Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators 5 anzeigt, der Versatz V bestimmt wird und dadurch ein Abgleich des Breitband-Lambdasignals erreicht wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Reinigung des Abgases einer mittels Lambda- Regelung betriebenen Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgas- trakt (4), in dem ein Katalysator (5) angeordnet ist, wobei
- fortlaufend ein Vorkat-Lambdawert des Abgases stromauf des Katalysators (5) erfasst wird, wobei ein Vorkat-Lambdasignal erzeugt wird,
- das Vorkat-Lambdasignal als Führungsgröße der Lambda- Regelung verwendet wird,
- fortlaufend ein Nachkat-Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators erfasst wird, wobei ein Nachkat-Lambdasignal (9) erzeugt wird, das monoton fallend vom Lambdawert (λ) des Abgases stromab des Katalysators (5) abhängt, und - mittels des Nachkat-Lambdasignals (9) in einer Trimmregelung (8) eine Korrektur der Lambda-Regelung durchgeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- ein Messsignal erzeugt wird, das zumindest unterhalb eines bestimmten Lambdawertes nahe Lambda = 1 streng monoton steigend oder fallend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators (5) abhängt, und
- bei Signalpegeln des Nachkat-Lambdasignals (9) oberhalb eines Schwellenwertes das weitere Messsignal und bei Signalpe- geln des Nachkat-Lambdasignales (9) unterhalb dieses Schwellenwertes das Nachkat-Lambdasignal selbst zur Trimmregelung verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - das Nachkat-Lambdasignal (9) mittels einer binären Lambdasonde gewonnen wird und
- das Messsignal mittels einer Breitband-Lambdasonde gewonnen wird und beiderseits von Lambda = 1 streng monoton steigend vom Lambdawert des Abgases abhängt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass - der Schwellenwert des Nachkat-Lambdasignals (9) einem bestimmten Lambdawert nahe Lambda = 1 entspricht,
- zu dem Zeitpunkt, zu dem das Nachkat-Lambdasignal gleich dem Schwellenwert ist, die Differenz zwischen dem vom Messsignal angezeigten Lambdawert und dem bestimmten Lambdawert ermittelt wird und
- diese Differenz bei der Trimmregelung (8) berücksichtigt wird, soweit bei der Trimmregelung (8) das Messsignal verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- das Nachkat-Lambdasignal (9) mittels einer binären Lambda- Sonde gewonnen wird und
- das Messsignal mittels einer Querempfindlichkeit gegen NH3 zeigenden NOx-Sonde gewonnen wird und unterhalb Lambda = 1 streng monoton fallend vom Lambdawert des Abgases abhängt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert des Nachkat-Lambdasignals (9) dem bestimmten Lambdawert nahe Lambda = 1 entspricht, unterhalb dessen das Ausgangssignal des NOx-Messaufnehmers mit sinkenden Lambdawerten ansteigt.
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Schwellenwert 0,45 V beträgt.
7. Verfahren zur Reinigung des Abgases einer mittels Lambda- Regelung betriebenen Brennkraftmaschine (1) mit einem Abgastrakt (4), in dem ein Katalysator (5) angeordnet ist, wobei - fortlaufend ein Vorkat-Lambdawert des Abgases stromauf des Katalysators (5) erfasst wird, wobei ein Vorkat-Lambdasignal erzeugt wird,
- das Vorkat-Lambdasignal als Führungsgröße der Lambda- Regelung verwendet wird, - fortlaufend mittel einer binären Lambdasonde ein Nachkat- Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators erfasst wird, wobei ein binäres Nachkat-Lambdasignal (9) erzeugt wird, das monoton fallend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators (5) abhängt und zweipunktartigen Verlauf um Lambda = 1 herum aufweist, und
- mittels in einer Trimmregelung (8) eine Korrektur der Lamb- da-Regelung durchgeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- mittel einer Breitband-Lambdasonde ein lineares Nachkat- Lambdasignal (9) erzeugt wird, das streng monoton steigend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators (5) ab- hängt,
- das lineare Nachkat-Lambdasignal (9) zur Trimmregelung verwendet wird und
- bei Vorliegen eines bestimmten Signalpegels des binären Nachkat-Lambdasignals gleichzeitig ein Ist-Signalpegel des linearen Nachkat-Lambdasignals ermittelt wird, aus dem Lambdawert, der dem bestimmten Signalpegels des binären Nachkat- Lambdasignals zugeordnet ist, ein entsprechender Soll- Signalpegel des linearen Nachkat-Lambdasignals bestimmt wird und eine Differenz zwischen Ist-Signalpegel und Soll- Signalpegel bei der Trimmregelung als Korrekturfaktor berücksichtigt wird.
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