WO2004109081A1 - Method for operating an internal combustion engine - Google Patents

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WO2004109081A1
WO2004109081A1 PCT/EP2004/005774 EP2004005774W WO2004109081A1 WO 2004109081 A1 WO2004109081 A1 WO 2004109081A1 EP 2004005774 W EP2004005774 W EP 2004005774W WO 2004109081 A1 WO2004109081 A1 WO 2004109081A1
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WO
WIPO (PCT)
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exhaust gas
sensor
internal combustion
combustion engine
catalytic converter
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Application number
PCT/EP2004/005774
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German (de)
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Inventor
Jens Franz
Uwe Hofmann
Christoph Lux
Original Assignee
Daimlerchrysler Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1439—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the position of the sensor
    • F02D41/1441—Plural sensors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—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 an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio

Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.
  • German patent DE 198 56 367 Cl describes a method for operating an internal combustion engine which has a three-way catalytic converter in an exhaust gas line. Furthermore, a first oxygen sensor is arranged in the exhaust pipe on the input side of the three-way catalytic converter and a second oxygen sensor is arranged in the exhaust pipe on the output side of the three-way catalytic converter. The second oxygen sensor serves as a so-called trim probe for trimming a control circuit with which the exhaust gas composition detected by the first oxygen sensor is adjusted to a predetermined ⁇ value by adjusting the air ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine.
  • the ⁇ value is understood to mean a value which characterizes the oxygen stoichiometry of the exhaust gas or the air / fuel mixture, which is greater than one in oxidizing conditions and less than one in reducing conditions.
  • German patent DE 101 00 613 C1 describes a method for operating an internal combustion engine which has a pre-catalyst and a pre-catalyst switched main catalyst in an exhaust pipe.
  • a first oxygen sensor is arranged in the exhaust line on the input side of the precatalyst and a second oxygen sensor is arranged in the exhaust line on the output side of the precatalyst.
  • the signal of the first oxygen sensor is used in a first control loop to regulate the air ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine.
  • the signal of the second oxygen sensor is used in a second control loop that is independent of the first control loop.
  • the deviation from the desired oxygen stoichiometry downstream of the pre-catalytic converter can be reacted to and the air ratio can be adjusted in the sense of an improved effect of the main catalytic converter.
  • There is no further sensory control of the exhaust gas composition downstream of the main catalytic converter which is why any deviations in the exhaust gas composition from the optimal value downstream of the main catalytic converter cannot be detected and corrected.
  • the object of the invention is to provide a method for operating an internal combustion engine which enables improved exhaust gas purification.
  • the signal of a first sensor arranged in the exhaust line on the input side of the precatalyst and the signal of a second sensor are used to regulate the air ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine.
  • the method according to the invention is thereby characterized shows that the second sensor used for the control is alternatively either an oxygen sensor arranged on the output side of the precatalyst or an exhaust gas sensor arranged in the exhaust pipe on the output side of the main catalytic converter.
  • the second sensor is used as a trim probe, preferably within a separate control circuit for trimming a control circuit, with which the exhaust gas composition detected by the first oxygen sensor is adjusted to a predetermined ⁇ value by setting the air ratio of an air / fuel mixture supplied to the internal combustion engine.
  • the air ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine or its combustion chambers hereinafter also referred to as engine ⁇ , is to be understood in general and regardless of the type of mixture formation, the stoichiometric ratio of air and fuel, which occurs during combustion of the fuel is present in the combustion chamber of the internal combustion engine
  • the oxygen stoichiometry in the exhaust gas corresponds to the set engine ⁇ .
  • the exhaust gas sensor arranged in the exhaust line on the output side of the main catalytic converter to trim the control loop of the first sensor, the influence of upstream catalytic converters on the content of certain exhaust gas components, in particular of oxygen or nitrogen oxide, can be taken into account in corresponding operating points of the internal combustion engine.
  • the engine ⁇ is thus readjusted or adjusted in such a way that the desired exhaust gas ⁇ is obtained and thus with respect to the Effect of the main catalytic converter result in optimal conditions, which improves the cleaning effect of the exhaust gas cleaning system as a whole.
  • a nitrogen oxide storage catalyst is used as the main catalyst.
  • this has the property of being able to extract nitrogen oxides from the exhaust gas by storage in the case of a lean exhaust gas composition.
  • the stored nitrogen oxides are desorbed again and can be reduced to nitrogen by the reducing agent contained in the exhaust gas. If there is a release of nitrogen oxides which remain unreduced in the exhaust gas, for example as a result of a reducing agent deficit, this is detected by the exhaust gas sensor on the output side of the main catalytic converter. In these cases, the engine ⁇ can be readjusted accordingly by using this exhaust gas sensor as a trim probe. This eliminates the reducing agent deficit and avoids the emission of nitrogen oxides.
  • the regulated adjustment of the air ratio to the stoichiometric takes place
  • the regulated setting of the air ratio takes place after the end of an operation of the internal combustion engine with a lean air ratio, ie when an operation with an engine ⁇ of significantly greater than one is ended.
  • This operation is not possible in all driving conditions, particularly with gasoline engines.
  • it is usually switched to engine operation with an engine ⁇ less than or equal to one.
  • a main catalytic converter that has not been sufficiently freed from stored nitrogen oxides before the ⁇ change can then desorb nitrogen oxides, which leads to an impermissible emission of pollutants. The emission of nitrogen oxides can be avoided if the ⁇ trim control is taken over by the exhaust gas sensor arranged on the output side of the main catalytic converter in these cases.
  • the engine ⁇ is then adjusted by trimming the control circuit of the first sensor to a value at which the desorption of nitrogen oxides can be avoided or desorbed nitrogen oxides can be reduced.
  • the operation of the internal combustion engine with a lean air ratio can be terminated, for example, by a direct change to operation with an engine ⁇ equal to one, or a brief operating phase with an engine ⁇ that is significantly less than one can be inserted beforehand.
  • the first sensor and the exhaust gas sensor are used outside of a predeterminable range for the signal of the exhaust gas sensor for the regulated setting of the air ratio.
  • the signal of the exhaust gas sensor is preferably continuously monitored and the ⁇ trim control is carried out by the sensor arranged on the output side of the pre-catalytic converter, as long as the signal of the exhaust gas sensor on the output side of the main catalytic converter is not outside the predetermined range.
  • the ⁇ trim control is taken over by this exhaust gas sensor and the control behavior of the first sensor is changed so that the signal of the exhaust gas sensor again reaches the uncritical area.
  • the exhaust gas sensor is used for a predeterminable time period for the regulated setting of the air ratio. After the intended period of time has elapsed, the ⁇ trim control is again taken over by the sensor arranged on the output side of the precatalyst.
  • an internal combustion engine 1 with an intake air line 2 and an exhaust gas line 3 is shown.
  • a pre-catalytic converter 4 is preferably arranged in the exhaust pipe 3 close to the internal combustion engine.
  • the pre-catalyst is preferably designed as an oxidation catalyst or as a three-way catalyst which, depending on the coating, can have a certain oxygen storage capacity.
  • a main catalytic converter 5 designed here as a nitrogen oxide storage catalytic converter is arranged in the exhaust gas line 3.
  • a first lambda probe 6 is arranged on the input side of the pre-catalyst 4 and a second lambda probe 7 is arranged in the exhaust line 3 on the output side of the pre-catalyst 4.
  • an exhaust gas sensor 8 is arranged in the exhaust line 3 on the output side of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5.
  • the lambda probes 6, 7 and the exhaust gas sensor 8 are over Signal lines 9 are connected to an electronic control unit 10, which is connected to the internal combustion engine 1 via a control line 11 to control or regulate the operation of the internal combustion engine.
  • the control unit 10 is also supplied by further sensors, not shown here, with the signals required for setting the internal combustion engine operation.
  • the control unit 10 is in particular able to carry out a regulated adjustment of the air ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine 1, for which purpose it has a corresponding controller.
  • an oxygen sensor 7 is preferably also used as the second sensor, which is arranged on the output side of the pre-catalyst 4 in the exhaust line 3.
  • the ⁇ regulation takes place here according to the known principle of the trim regulation, according to which the broadband ⁇ probe 6 upstream of the pre-catalyst 4 is used as a so-called guide probe.
  • the binary ⁇ probe 7 arranged there is used as a so-called trim probe.
  • the trim control is particularly active when the motor ⁇ is adjusted by the value 1.0.
  • an exhaust gas sensor 8 is provided as the second sensor on the output side of the main catalytic converter 5, which is optionally used for trim control instead of the sensor 7 arranged on the output side of the pre-catalytic converter 4.
  • a combined NOx / lambda probe is preferably used as the exhaust gas sensor 8, the signal of which is preferably dependent on both the residual oxygen content and the nitrogen oxide (NOx) content in the exhaust gas.
  • This sensor 8 can therefore be used to monitor the cleaning effect of the main catalytic converter 5, in particular with regard to the NOx removal, and to carry out a trim control which counteracts the output side of the main catalytic converter 5 in particular when the NOx content in the exhaust gas is too high.
  • the internal combustion engine 1 is preferably designed as a lean-running, direct-injection gasoline engine and, as far as possible, is operated in a lean-rich alternating mode.
  • the barium carbonate present as a storage component in the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 withdraws the then oxidizing exhaust gas nitrogen oxide (NOx) with the formation of barium nitrate. Due to the associated material depletion, regeneration of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 is necessary from time to time. This so-called nitrate regeneration takes place in that the internal combustion engine 1 is operated rich ( ⁇ ⁇ 1) for a certain time.
  • Nitrate regeneration is initiated when the Ability to take the storage material in the lean phase of the lean-fat alternating operation has dropped so far that an undesirably high NOx slip occurs behind the nitrogen oxide storage catalytic converter 5, which is measured by the exhaust gas sensor 8 and is recognized as such by the control unit 10.
  • the regulated setting of the engine ⁇ is generally carried out by the control unit 10 using the signal from the first lambda probe 6 as a controlled variable, while the combined NOx / lambda probe 8 monitors the nitrate regeneration and the end point of the nitrate regeneration is determined.
  • the air ratio is usually regulated in such a way that the first lambda probe 6 acts as a so-called guide probe in a first control circuit and the control unit 10 with the help of the signal from the guide probe, the air and / or fuel supply is adjusted such that an exhaust gas ⁇ of one is set at the location of the first lambda probe 6.
  • a fine adjustment is carried out in an independent control loop by the second lambda probe 7, which acts as a so-called trim probe.
  • a nitrogen oxide storage catalytic converter is used as the main catalytic converter 5
  • undesirable pollutant emissions can nevertheless occur downstream of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5. This is explained below together with the procedure according to the invention for achieving good exhaust gas purification using a typical example.
  • the internal combustion engine 1 is initially in an operation with charge stratification, i.e. is operated with a lean engine ⁇ .
  • the signal of the second lambda probe 7 can be used in a further control loop for fine adjustment, for which purpose the signal level of the first lambda probe 6 is corrected in a predetermined manner in a trim control in accordance with the signal level of the lambda probe 7.
  • oxidizable components such as carbon monoxide or hydrocarbons
  • present in the exhaust gas are oxidized by the pre-catalyst 4 and thereby converted into harmless components.
  • nitrogen oxides are removed from the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 by being stored in the exhaust gas.
  • the exhaust gas is largely cleaned of harmful components.
  • the control unit 10 determines that in the case of the requested increased engine output, lean operation with charge stratification is not possible, for example, an immediate switchover to operation of the internal combustion engine with an engine ⁇ of 1.0 and the corresponding operating point set by the control unit 10 as described.
  • the pre-catalytic converter 4 is able to remove both reducing components and nitrogen oxides as oxidizing components from the exhaust gas, so that the exhaust gas on the output side of the pre-catalytic converter 4 is largely free of pollutants.
  • the exhaust gas on the output side of the pre-catalyst 4 contains practically no free oxygen under these conditions.
  • nitrogen oxides previously stored as nitrates in the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 are unstable in these exhaust gas conditions existing after the change of operation, which is why desorption of nitrogen oxides takes place.
  • the desorbed nitrogen oxides cannot be reduced by the nitrogen oxide storage catalytic converter 5, since reducing exhaust gas components have already been removed from the exhaust gas by the pre-catalytic converter 4 and are therefore no longer available for nitrogen oxide reduction. If the value set for the engine ⁇ of 1.0 set via the trim control described and the resulting value of the exhaust gas ⁇ on the output side of the pre-catalytic converter 4 is maintained, there is therefore an undesirable emission of nitrogen oxides. However, this can be detected by the combined NOx / lambda probe 8 arranged downstream of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5.
  • the ⁇ trimming is now carried out with the aid of the signal of this combined NOx / lambda probe 8 arranged on the output side of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5.
  • the output signal of the first lambda probe 6 is provided with an offset dependent thereon and in this way one Fine adjustment of the ⁇ control made.
  • the fine adjustment or ⁇ trimming can be carried out, for example, in such a way that a value of, for example, 0.99 is set slightly below 1.0 for the motor ⁇ . This results in a weakly reducing exhaust gas on the output side of the pre-catalytic converter 4.
  • the nitrogen oxides desorbing from the storage material of the nitrogen oxide storage catalytic converter can be reduced and the emission of reducing exhaust gas components and nitrogen oxides can thus be avoided.
  • the procedure is such that after changing the operation of the internal combustion engine 1 from an operating point with a lean engine ⁇ of significantly greater than 1.0 to one
  • the combined NOx / lambda probe 8 arranged on the output side of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 is optionally used for trimming the ⁇ control loop of the first lambda probe 6 arranged on the input side of the precatalyst 4. It can be advantageous to do this only then to be carried out when the signal level of the combined NOx / lambda probe 8 lies outside a predeterminable range and otherwise the ⁇ control circuit is to be trimmed by means of the second lambda probe 7 arranged on the output side of the pre-catalyst 4.

Abstract

Disclosed is a method for operating an internal combustion engine (1) with an exhaust gas purification system comprising a precatalytic converter (4) that is disposed in an exhaust pipe (3) and a main catalytic converter (5) which is placed downstream from the precatalytic converter (4) in the exhaust pipe (3). According to said method, the signal of a first sensor (6) that is located on the input side of the precatalytic converter in the exhaust pipe (3) and a signal of a second sensor (7; 8) are used for adjusting in a controlled manner the air concentration of an air-fuel mixture delivered to the internal combustion engine (1). According to the invention, an oxygen sensor located at the output side of the precatalytic converter (4) or an exhaust gas sensor (8) located at the output side of the main catalytic converter (5) in the exhaust pipe (3) is used as a second sensor (7; 8) for regulation purposes. The inventive method can be used especially for a lean-burning internal combustion engine (1) of a motor vehicle.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraf maschine Method for operating an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine with the features of the preamble of claim 1.
In der deutschen Patentschrift DE 198 56 367 Cl ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben, die einen Drei-Wege-Katalysator in einer Abgasleitung aufweist. In der Abgasleitung ist ferner eingangsseitig des Drei-Wege-Katalysators ein erster Sauerstoffsensor und ausgangsseitig des Drei-Wege-Katalysators ein zweiter Sauerstoffsensor in der Abgasleitung angeordnet . Der zweite Sauerstoffsensor dient als sogenannte Trimmsonde zur Trimmung eines Regelkreises, mit welchem die von dem ersten Sauerstoffsensor erfasste Abgaszusammensetzung durch Einstellung der Luftverhältniszahl eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-KraftStoffgemisches auf einen vorgegebenen λ-Wert eingeregelt wird. Dabei wird hier und im folgenden wie üblich unter dem λ-Wert ein die Sauerstoffstöchiometrie des Abgases oder des Luft-Kraftstoffgemisches kennzeichnender Wert verstanden, der bei oxidierenden Verhältnissen größer als eins und bei reduzierenden Verhältnissen kleiner als eins ist.German patent DE 198 56 367 Cl describes a method for operating an internal combustion engine which has a three-way catalytic converter in an exhaust gas line. Furthermore, a first oxygen sensor is arranged in the exhaust pipe on the input side of the three-way catalytic converter and a second oxygen sensor is arranged in the exhaust pipe on the output side of the three-way catalytic converter. The second oxygen sensor serves as a so-called trim probe for trimming a control circuit with which the exhaust gas composition detected by the first oxygen sensor is adjusted to a predetermined λ value by adjusting the air ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine. Here and in the following, as usual, the λ value is understood to mean a value which characterizes the oxygen stoichiometry of the exhaust gas or the air / fuel mixture, which is greater than one in oxidizing conditions and less than one in reducing conditions.
In der deutschen Patentschrift DE 101 00 613 Cl ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben, die einen Vorkatalysator und einen dem Vorkatalysator nachge- schalteten Hauptkatalysator in einer Abgasleitung aufweist. In der Abgasleitung sind ferner eingangsseitig des Vorkatalysators ein erster Sauerstoffsensor und ausgangsseitig des Vorkatalysators ein zweiter Sauerstoffsensor in der Abgasleitung angeordnet. Zur geregelten Einstellung der Luftverhältniszahl eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraft- stoffgemisches wird in einem ersten Regelkreis das Signal des ersten Sauerstoffsensors verwendet. Zur Beeinflussung dessen Regelverhaltens bzw. zur Trimmung des ersten Reglers wird in einem vom ersten Regelkreis unabhängigen zweiten Regelkreis das Signal des zweiten Sauerstoffsensors verwendet. Dadurch kann auf das Abweichen von der angestrebten Sauerstoffstöchi- ometrie stromab des Vorkatalysators reagiert werden und die Einstellung der Luftverhältniszahl im Sinne einer verbesserten Wirkung des Hauptkatalysators vorgenommen werden. Eine weitere sensorische Kontrolle der AbgasZusammensetzung stromab des Hauptkatalysators erfolgt nicht, weshalb eventuell stromab des Hauptkatalysators vorhandene Abweichungen der AbgasZusammensetzung vom optimalen Wert nicht erkannt und ausgeregelt werden können.German patent DE 101 00 613 C1 describes a method for operating an internal combustion engine which has a pre-catalyst and a pre-catalyst switched main catalyst in an exhaust pipe. In addition, a first oxygen sensor is arranged in the exhaust line on the input side of the precatalyst and a second oxygen sensor is arranged in the exhaust line on the output side of the precatalyst. The signal of the first oxygen sensor is used in a first control loop to regulate the air ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine. To influence its control behavior or to trim the first controller, the signal of the second oxygen sensor is used in a second control loop that is independent of the first control loop. As a result, the deviation from the desired oxygen stoichiometry downstream of the pre-catalytic converter can be reacted to and the air ratio can be adjusted in the sense of an improved effect of the main catalytic converter. There is no further sensory control of the exhaust gas composition downstream of the main catalytic converter, which is why any deviations in the exhaust gas composition from the optimal value downstream of the main catalytic converter cannot be detected and corrected.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine anzugeben, welches eine verbesserte Abgasreinigung ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for operating an internal combustion engine which enables improved exhaust gas purification.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved according to the invention by a method having the features of claim 1.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur geregelten Einstellung der Luftverhältniszahl eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches das Signal eines eingangsseitig des Vorkatalysators in der Abgasleitung angeordneten ersten Sensors und das Signal eines zweiten Sensors verwendet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekenn- zeichnet, dass als zweiter für die Regelung herangezogener Sensor alternativ entweder ein ausgangsseitig des Vorkatalysators angeordneter Sauerstoffsensor oder ein ausgangsseitig des Hauptkatalysators in der Abgasleitung angeordneter Abgas- sensor herangezogen wird. Der zweite Sensor wird dabei als Trimmsonde vorzugsweise innerhalb eines separaten Regelkreises zur Trimmung eines Regelkreises eingesetzt, mit welchem die von dem ersten Sauerstoffsensor erfasste AbgasZusammensetzung durch Einstellung der Luftverhältniszahl eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-KraftStoffgemisches auf einen vorgegebenen λ-Wert eingeregelt wird.In the method according to the invention, the signal of a first sensor arranged in the exhaust line on the input side of the precatalyst and the signal of a second sensor are used to regulate the air ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine. The method according to the invention is thereby characterized shows that the second sensor used for the control is alternatively either an oxygen sensor arranged on the output side of the precatalyst or an exhaust gas sensor arranged in the exhaust pipe on the output side of the main catalytic converter. The second sensor is used as a trim probe, preferably within a separate control circuit for trimming a control circuit, with which the exhaust gas composition detected by the first oxygen sensor is adjusted to a predetermined λ value by setting the air ratio of an air / fuel mixture supplied to the internal combustion engine.
Unter der Luftverhältniszahl des der Brennkraftmaschine bzw. deren Brennräumen zugeführten Luft-KraftStoffgemisches, nachfolgend auch als Motor-λ bezeichnet, ist in diesem Zusammenhang allgemein und unabhängig von der Art der Mischungsbildung das stöchio etrische Verhältnis von Luft und Kraftstoff zu verstehen, welches bei der Verbrennung des Kraftstoffes im Brennraum der Brennkraftmaschine vorhanden istIn this context, the air ratio of the air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine or its combustion chambers, hereinafter also referred to as engine λ, is to be understood in general and regardless of the type of mixture formation, the stoichiometric ratio of air and fuel, which occurs during combustion of the fuel is present in the combustion chamber of the internal combustion engine
Falls die im Abgas vorhandenen Katalysatoren nicht als Quelle oder Senke für reduzierend oder oxidierend wirkende Komponenten wirken, so entspricht die im Abgas vorhandene Sauerstoffstöchiometrie, auch Abgas-λ genannt, dem eingestellten Motor-λ. Durch die wahlweise Heranziehung des ausgangsseitig des Hauptkatalysators in der Abgasleitung angeordneten Abgassensors zur Trimmung des Regelkreises des ersten Sensors kann in entsprechenden Betriebspunkten der Brennkraftmaschine der Einfluss vorgeschalteter Katalysatoren auf den Gehalt bestimmter Abgaskomponenten, insbesondere von Sauerstoff oder Stickoxid, berücksichtigt werden. Das Motor-λ wird somit derart nachgeregelt bzw. nachgestellt, dass sich das gewünschte Abgas-λ ergibt und somit hinsichtlich der Wirkung des Hauptkatalysators optimale Verhältnisse resultieren, wodurch sich die Reinigungswirkung der Abgasreinigungsanlage insgesamt verbessert.If the catalysts present in the exhaust gas do not act as a source or sink for reducing or oxidizing components, the oxygen stoichiometry in the exhaust gas, also called exhaust gas λ, corresponds to the set engine λ. By optionally using the exhaust gas sensor arranged in the exhaust line on the output side of the main catalytic converter to trim the control loop of the first sensor, the influence of upstream catalytic converters on the content of certain exhaust gas components, in particular of oxygen or nitrogen oxide, can be taken into account in corresponding operating points of the internal combustion engine. The engine λ is thus readjusted or adjusted in such a way that the desired exhaust gas λ is obtained and thus with respect to the Effect of the main catalytic converter result in optimal conditions, which improves the cleaning effect of the exhaust gas cleaning system as a whole.
In Ausgestaltung der Erfindung wird als Hauptkatalysator ein Stickoxid-Speicherkatalysator eingesetzt. Dieser hat bekanntlich die Eigenschaft, bei magerer AbgasZusammensetzung dem Abgas Stickoxide durch Speicherung entziehen zu können. Bei stochiometrischer oder fetter AbgasZusammensetzung werden die gespeicherten Stickoxide wieder desorbiert und können von im Abgas enthaltenem Reduktionsmittel zu Stickstoff reduziert werden. Falls es zu einer Freisetzung von Stickoxiden kommt, die - beispielsweise in Folge eines Reduktionsmitteldefizits - unreduziert im Abgas verbleiben, wird dies durch den Abgassensor ausgangsseitig des Hauptkatalysators detektiert. In diesen Fällen kann durch Verwendung dieses Abgassensors als Trimmsonde das Motor-λ entsprechend nachjustiert werden. Das Reduktionsmitteldefizit wird dadurch behoben und die Emission von Stickoxiden vermieden.In an embodiment of the invention, a nitrogen oxide storage catalyst is used as the main catalyst. As is well known, this has the property of being able to extract nitrogen oxides from the exhaust gas by storage in the case of a lean exhaust gas composition. In the case of a stochiometric or rich exhaust gas composition, the stored nitrogen oxides are desorbed again and can be reduced to nitrogen by the reducing agent contained in the exhaust gas. If there is a release of nitrogen oxides which remain unreduced in the exhaust gas, for example as a result of a reducing agent deficit, this is detected by the exhaust gas sensor on the output side of the main catalytic converter. In these cases, the engine λ can be readjusted accordingly by using this exhaust gas sensor as a trim probe. This eliminates the reducing agent deficit and avoids the emission of nitrogen oxides.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die geregelte Einstellung der Luftverhältniszahl auf den stöchiometrischenIn a further embodiment of the invention, the regulated adjustment of the air ratio to the stoichiometric takes place
Wert, d.h. auf λ gleich eins. Dabei sind selbstverständlich geringe Abweichungen vom exakten Wert, etwa im Prozentbereich, im Rahmen der Trimmregelung mit umfasst. Insbesondere unter diesen Bedingungen kann es vorkommen, dass der Haupt- katalysator Stickoxide desorbiert, die nicht von Reduktionsmitteln reduziert werden können, da diese bereits vom Vorkatalysator aus dem Abgas entfernt wurden. In diesen Fällen kann durch Verwendung des ausgangsseitig des Hauptkatalysators angeordneten Abgassensors als Trimmsonde das Motor-λ entsprechend nachjustiert werden, so dass eine Emission von Stickoxiden vermieden wird. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die geregelte Einstellung der Luftverhältniszahl nach Beendigung eines Betriebs der Brennkraftmaschine mit einer mageren Luftverhältniszahl, d.h. bei Beendigung eines Betriebs mit einem Motor-λ von deutlich größer als eins. Insbesondere bei Ottomotoren ist dieser Betrieb nicht in allen Fahrzuständen möglich. Beispielsweise wird meist bei einer erhöhten Motorlast auf einen Motorbetrieb mit einem Motor-λ kleiner oder gleich eins gewechselt. Ein vor dem λ-Wechsel nicht ausreichend von gespeicherten Stickoxiden befreiter Hauptkatalysator kann dann Stickoxide desorbieren, was zu einer unzulässigen Schadstoffemission führt. Die Emission der Stickoxide kann vermieden werden, wenn die λ-Trimmregelung in diesen Fällen vom ausgangsseitig des Hauptkatalysators angeordneten Abgassensor übernommen wird. Es erfolgt dann durch Trimmung des Regelkreises des ersten Sensors die Einstellung des Motor-λ auf einen Wert, bei welchem die Desorption von Stickoxiden vermieden werden kann oder desorbierte Stickoxide reduziert werden können. Die Beendigung des Betriebs der Brennkraftmaschine mit einer mageren Luftverhältniszahl kann beispielsweise durch einen direkten Wechsel in den Betrieb mit einem Motor-λ gleich eins erfolgen oder es kann zuvor noch eine kurzzeitige Betriebsphase mit einem Motor-λ deutlich kleiner eins eingeschoben werden.Value, ie equal to one at λ. Of course, slight deviations from the exact value, for example in the percentage range, are also included in the trim control. Under these conditions in particular, it can happen that the main catalyst desorbs nitrogen oxides, which cannot be reduced by reducing agents, since these have already been removed from the exhaust gas by the pre-catalyst. In these cases, the engine λ can be readjusted accordingly by using the exhaust gas sensor arranged on the output side of the main catalytic converter as a trim probe, so that emission of nitrogen oxides is avoided. In a further embodiment of the invention, the regulated setting of the air ratio takes place after the end of an operation of the internal combustion engine with a lean air ratio, ie when an operation with an engine λ of significantly greater than one is ended. This operation is not possible in all driving conditions, particularly with gasoline engines. For example, in the case of an increased engine load, it is usually switched to engine operation with an engine λ less than or equal to one. A main catalytic converter that has not been sufficiently freed from stored nitrogen oxides before the λ change can then desorb nitrogen oxides, which leads to an impermissible emission of pollutants. The emission of nitrogen oxides can be avoided if the λ trim control is taken over by the exhaust gas sensor arranged on the output side of the main catalytic converter in these cases. The engine λ is then adjusted by trimming the control circuit of the first sensor to a value at which the desorption of nitrogen oxides can be avoided or desorbed nitrogen oxides can be reduced. The operation of the internal combustion engine with a lean air ratio can be terminated, for example, by a direct change to operation with an engine λ equal to one, or a brief operating phase with an engine λ that is significantly less than one can be inserted beforehand.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden außerhalb eines vorgebbaren Bereichs für das Signal des Abgassensors für die geregelte Einstellung der Luftverhältniszahl der erste Sensor und der Abgassensor herangezogen. Das Signal des Abgassensors wird vorzugsweise laufend überwacht und die λ- Trimmregelung vom ausgangsseitig des Vorkatalysators angeordneten Sensor durchgeführt, solange das Signal des Abgassensors ausgangsseitig des Hauptkatalysators nicht außerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt. Gelangt jedoch das Signal des Abgassensors außerhalb des als unkritisch anzusehenden Bereichs, so wird die λ-Trimmregelung von diesem Abgassensor übernommen und das Regelverhalten des ersten Sensors so geändert, dass das Signal des Abgassensors wieder in den unkritischen Bereich gelangt.In a further embodiment of the invention, the first sensor and the exhaust gas sensor are used outside of a predeterminable range for the signal of the exhaust gas sensor for the regulated setting of the air ratio. The signal of the exhaust gas sensor is preferably continuously monitored and the λ trim control is carried out by the sensor arranged on the output side of the pre-catalytic converter, as long as the signal of the exhaust gas sensor on the output side of the main catalytic converter is not outside the predetermined range. However, if the signal of the exhaust gas sensor reaches outside the area to be regarded as uncritical, the λ trim control is taken over by this exhaust gas sensor and the control behavior of the first sensor is changed so that the signal of the exhaust gas sensor again reaches the uncritical area.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird für die geregelte Einstellung der Luftverhältniszahl der Abgassensor für eine vorgebbare Zeitspanne herangezogen. Nach Ablauf der vorgesehenen Zeitspanne wird die λ-Trimmregelung wieder von dem ausgangsseitig des Vorkatalysators angeordneten Sensor übernommen.In a further embodiment of the invention, the exhaust gas sensor is used for a predeterminable time period for the regulated setting of the air ratio. After the intended period of time has elapsed, the λ trim control is again taken over by the sensor arranged on the output side of the precatalyst.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung und zugehörigen Beispielen näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention is explained in more detail below with the aid of a drawing and associated examples. The single figure shows an arrangement for carrying out the method according to the invention.
In der Figur ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einer Ansaugluftleitung 2 und einer Abgasleitung 3 dargestellt. In der Abgasleitung 3 ist ein Vorkatalysator 4 vorzugsweise brenn- kraftmaschinennah angeordnet. Der Vorkatalysator ist bevorzugt als Oxidationskatalysator oder als Drei-Wege-Katalysator ausgebildet, der je nach Beschichtung eine gewisse SauerstoffSpeicherfähigkeit aufweisen kann. Stromab des Vorkatalysators ist ein hier als Stickoxid-Speicherkatalysator ausgebildeter Hauptkatalysator 5 in der Abgasleitung 3 angeordnet. Eingangsseitig des Vorkatalysators 4 ist eine erste Lambdasonde 6 und ausgangsseitig des Vorkatalysators 4 ist eine zweite Lambdasonde 7 in der Abgasleitung 3 angeordnet. Ferner ist ausgangsseitig des Stickoxid-Speicherkatalysators 5 ein Abgassensor 8 in der Abgasleitung 3 angeordnet. Die Lambdasonden 6, 7 und der Abgassensor 8 sind über Signalleitungen 9 an ein elektronisches Steuergerät 10 angeschlossen, das zur Steuerung bzw. Regelung des Brennkraftmaschinenbetriebs über eine Steuerleitung 11 an die Brennkraftmaschine 1 angeschlossen ist. Das Steuergerät 10 wird ferner von weiteren hier nicht dargestellten Sensoren mit den zur Einstellung des Brennkraftmaschinenbetriebs erforderlichen Signalen versorgt. Das Steuergerät 10 ist insbesondere in der Lage, eine geregelte Einstellung der Luftverhältniszahl eines der Brennkraftmaschine 1 zugeführten Luft-Kraftstoffgemisches durchzuführen, wozu es über einen entsprechenden Regler verfügt.In the figure, an internal combustion engine 1 with an intake air line 2 and an exhaust gas line 3 is shown. A pre-catalytic converter 4 is preferably arranged in the exhaust pipe 3 close to the internal combustion engine. The pre-catalyst is preferably designed as an oxidation catalyst or as a three-way catalyst which, depending on the coating, can have a certain oxygen storage capacity. Downstream of the pre-catalytic converter, a main catalytic converter 5 designed here as a nitrogen oxide storage catalytic converter is arranged in the exhaust gas line 3. A first lambda probe 6 is arranged on the input side of the pre-catalyst 4 and a second lambda probe 7 is arranged in the exhaust line 3 on the output side of the pre-catalyst 4. Furthermore, an exhaust gas sensor 8 is arranged in the exhaust line 3 on the output side of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5. The lambda probes 6, 7 and the exhaust gas sensor 8 are over Signal lines 9 are connected to an electronic control unit 10, which is connected to the internal combustion engine 1 via a control line 11 to control or regulate the operation of the internal combustion engine. The control unit 10 is also supplied by further sensors, not shown here, with the signals required for setting the internal combustion engine operation. The control unit 10 is in particular able to carry out a regulated adjustment of the air ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine 1, for which purpose it has a corresponding controller.
Der erste, dem Vorkatalysator 4 vorgeschaltete Sensor 6 ist vorzugsweise als Sauerstoffsensor, insbesondere als sogenannte Breitband-λ-Sonde mit einer moderaten Kennliniensteigung in einem vergleichsweise großen Bereich um λ = 1,0 ausgeführt. Als zweiter Sensor wird einerseits ebenfalls vorzugsweise ein Sauerstoffsensor 7 eingesetzt, der ausgangsseitig des Vorkatalysators 4 im Abgasstrang 3 angeordnet ist. Im Hinblick auf die Genauigkeit der geregelten Einstellung des Motor-λ ist hier insbesondere der Einsatz einer sogenannten binären λ-Sonde mit einer sprunghaften Signaländerung beim Durchgang der Kennlinie durch λ = 1,0 vorteilhaft. Die λ-Regelung erfolgt hierbei nach dem bekannten Prinzip der Trimmregelung, wonach als sogenannte Führungssonde die dem Vorkatalysator 4 vorgeschaltete Breitband-λ-Sonde 6 eingesetzt wird. Zur geregelten Einstellung des Motor-λ derart, dass sich ausgangsseitig des Vorkatalysators 4 der angestrebten Wert für das Abgas-λ ergibt, wird die dort angeordnete binäre λ-Sonde 7 als sogenannte Trimmsonde eingesetzt. Die Trimmregelung ist dabei insbesondere bei der geregelten Einstellung des Motor-λ um den Wert 1,0 aktiv. Erfindungsgemäß ist andererseits als zweiter Sensor ausgangsseitig des Hauptkatalysators 5 ein Abgassensor 8 vorgesehen, der gegebenenfalls anstelle des ausgangsseitig des Vorkatalysators 4 angeordneten Sensors 7 zur Trimmregelung eingesetzt wird. Als Abgassensor 8 wird hier vorzugsweise eine kombinierte NOx-/Lambdasonde eingesetzt, deren Signal vorzugsweise sowohl vom Restsauerstoffgehalt als auch vom Stickoxid- (NOx-) Gehalt im Abgas abhängig ist. Mit diesem Sensor 8 kann daher die Reinigungswirkung des Hauptkatalysators 5, insbesondere bezüglich der NOx-Entfernung, überwacht werden und eine Trimmregelung durchgeführt werden, die insbesondere bei zu hohen Werten für den NOx-Gehalt im Abgas ausgangsseitig des Hauptkatalysators 5 gegensteuernd wirkt.The first sensor 6, which is connected upstream of the pre-catalytic converter 4, is preferably designed as an oxygen sensor, in particular as a so-called broadband λ probe with a moderate slope in a comparatively large range around λ = 1.0. On the one hand, an oxygen sensor 7 is preferably also used as the second sensor, which is arranged on the output side of the pre-catalyst 4 in the exhaust line 3. With regard to the accuracy of the regulated setting of the motor λ, the use of a so-called binary λ probe with a sudden signal change when passing the characteristic through λ = 1.0 is particularly advantageous here. The λ regulation takes place here according to the known principle of the trim regulation, according to which the broadband λ probe 6 upstream of the pre-catalyst 4 is used as a so-called guide probe. To regulate the engine λ in such a way that the desired value for the exhaust gas λ is obtained on the output side of the pre-catalytic converter 4, the binary λ probe 7 arranged there is used as a so-called trim probe. The trim control is particularly active when the motor λ is adjusted by the value 1.0. On the other hand, according to the invention, an exhaust gas sensor 8 is provided as the second sensor on the output side of the main catalytic converter 5, which is optionally used for trim control instead of the sensor 7 arranged on the output side of the pre-catalytic converter 4. A combined NOx / lambda probe is preferably used as the exhaust gas sensor 8, the signal of which is preferably dependent on both the residual oxygen content and the nitrogen oxide (NOx) content in the exhaust gas. This sensor 8 can therefore be used to monitor the cleaning effect of the main catalytic converter 5, in particular with regard to the NOx removal, and to carry out a trim control which counteracts the output side of the main catalytic converter 5 in particular when the NOx content in the exhaust gas is too high.
Die Brennkraftmaschine 1 ist vorzugsweise als magerlauffähiger, direkteinspritzender Ottomotor ausgeführt und wird soweit möglich in einem Mager-Fett-Wechselbetrieb betrieben. Dabei entzieht in der verbrauchsgünstigen mageren Phase (λ > 1) des Mager-Fett-Wechselbetriebs der Brennkraftmaschine 1 das als Speicherkomponente im Stickoxid-Speicherkatalysator 5 beispielsweise vorhandene Bariumcarbonat dem dann oxidieren- den Abgas Stickoxid (NOx) unter Bildung von Bariumnitrat. Auf Grund der damit verbundenen Materialerschöpfung wird von Zeit zu Zeit eine Regeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators 5 notwendig. Diese sogenannte Nitratregeneration geschieht dadurch, dass die Brennkraftmaschine 1 für eine gewisse Zeit fett (λ < 1) betrieben wird. Das in dem resultierenden reduk- tionsmittelhaltigen und reduzierend wirkenden Abgas instabile Bariumnitrat zersetzt sich hierbei wieder unter Rückbildung von Bariumcarbonat und unter Freisetzung von NOx. Letzteres wird von im Abgas vorhandenen Reduktionsmitteln an den auf dem Stickoxid-Speicherkatalysators 5 aufgebrachten Edelme- tallkomponenten überwiegend zu unschädlichem Stickstoff reduziert. Die Nitratregeneration wird eingeleitet, wenn die Auf- nahmefähigkeit des Speichermaterials in der Magerphase des Mager-Fett-Wechselbetriebs soweit abgesunken ist, dass ein unerwünscht hoher NOx-Schlupf hinter dem Stickoxid-Speicherkatalysator 5 auftritt, welcher vom Abgassensor 8 messtechnisch erfasst und als solcher vom Steuergerät 10 erkannt wird.The internal combustion engine 1 is preferably designed as a lean-running, direct-injection gasoline engine and, as far as possible, is operated in a lean-rich alternating mode. In the fuel-efficient lean phase (λ> 1) of the lean-rich alternating operation of the internal combustion engine 1, the barium carbonate present as a storage component in the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 withdraws the then oxidizing exhaust gas nitrogen oxide (NOx) with the formation of barium nitrate. Due to the associated material depletion, regeneration of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 is necessary from time to time. This so-called nitrate regeneration takes place in that the internal combustion engine 1 is operated rich (λ <1) for a certain time. The unstable barium nitrate in the resulting reductant-containing and reducing exhaust gas decomposes again with the regression of barium carbonate and with the release of NOx. The latter is predominantly reduced to harmless nitrogen by reducing agents present in the exhaust gas on the noble metal components applied to the nitrogen oxide storage catalytic converter 5. Nitrate regeneration is initiated when the Ability to take the storage material in the lean phase of the lean-fat alternating operation has dropped so far that an undesirably high NOx slip occurs behind the nitrogen oxide storage catalytic converter 5, which is measured by the exhaust gas sensor 8 and is recognized as such by the control unit 10.
Die geregelte Einstellung des Motor-λ wird generell vom Steuergerät 10 unter Verwendung des Signals der ersten Lambdasonde 6 als Regelgröße vorgenommen, während von der kombinierten NOx-/Lambdasonde 8 die Nitratregeneration überwacht und der Endpunkt der Nitratregeneration ermittelt wird.The regulated setting of the engine λ is generally carried out by the control unit 10 using the signal from the first lambda probe 6 as a controlled variable, while the combined NOx / lambda probe 8 monitors the nitrate regeneration and the end point of the nitrate regeneration is determined.
Der Magerbetrieb der Brennkraftmaschine ist jedoch nicht in allen Betriebspunkten möglich. Insbesondere bei Beschleunigungsvorgängen oder bei der Anforderung einer hohen Last wird deshalb vorzugsweise in den emissionsgünstigen Brennkraftmaschinenbetrieb mit einer Luftverhältniszahl von λ = 1,0 gewechselt. Bei diesem Betrieb bei λ = 1,0, bzw. in einem engen Bereich um λ = 1,0, erfolgt üblicherweise eine geregelte Einstellung der Luftverhältniszahl derart, dass die erste Lambdasonde 6 als sogenannte Führungssonde in einem ersten Regelkreis wirksam ist und das Steuergerät 10 mit Hilfe des Signals der Führungssonde die Luft- und/oder Kraftstoffzufuhr so einstellt, dass sich am Ort der ersten Lambdasonde 6 ein Abgas-λ von eins einstellt. Eine Feinjustierung erfolgt in einem unabhängigen Regelkreis durch die als sogenannte Trimmsonde wirkende zweite Lambdasonde 7. Diese korrigiert gegebenenfalls das Signal der ersten Lambdasonde 6 derart, dass sich am Ort der zweiten Lambdasonde 7 ein Abgas-λ von möglichst exakt 1,0 einstellt. Damit ist häufig eine gute Reinigungswirkung des nachgeschalteten Hauptkatalysators 5 gewährleistet. Insbesondere im Falle des Einsatzes eines Stickoxid-Speicherkatalysators als Hauptkatalysator 5 kann sich jedoch dennoch eine unerwünschte Schadstoffemission stromab des Stickoxid- Speicherkatalysators 5 ergeben. Nachfolgend wird dies zusammen mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise zur Erzielung einer guten Abgasreinigung anhand eines typischen Beispiels erläutert .However, lean operation of the internal combustion engine is not possible in all operating points. Particularly when accelerating or when a high load is required, it is therefore preferable to switch to low-emission internal combustion engine operation with an air ratio of λ = 1.0. In this operation at λ = 1.0, or in a narrow range around λ = 1.0, the air ratio is usually regulated in such a way that the first lambda probe 6 acts as a so-called guide probe in a first control circuit and the control unit 10 with the help of the signal from the guide probe, the air and / or fuel supply is adjusted such that an exhaust gas λ of one is set at the location of the first lambda probe 6. A fine adjustment is carried out in an independent control loop by the second lambda probe 7, which acts as a so-called trim probe. This corrects, if necessary, the signal of the first lambda probe 6 in such a way that an exhaust gas λ of exactly 1.0 is set at the location of the second lambda probe 7. This often ensures a good cleaning effect of the downstream main catalytic converter 5. Particularly when a nitrogen oxide storage catalytic converter is used as the main catalytic converter 5, however, undesirable pollutant emissions can nevertheless occur downstream of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5. This is explained below together with the procedure according to the invention for achieving good exhaust gas purification using a typical example.
Es wird davon ausgegangen, dass die Brennkraftmaschine 1 zunächst in einem Betrieb mit Ladungsschichtung, d.h. bei magerem Motor-λ betrieben wird. Die vorgegebene Luftverhältniszahl von beispielsweise λ = 2,5 für das Luft-Kraftstoffgemischt wird durch das Steuergerät 10 unter Verwendung des Signals der ersten Lambdasonde 6 als Regelgröße eingeregelt. Gegebenenfalls kann das Signal der zweiten Lambdasonde 7 in einem weiteren Regelkreis zur FeinJustierung herangezogen werden, wozu beispielsweise der Signalpegel der ersten Lambdasonde 6 entsprechend dem Signalpegel der Lambdasonde 7 auf vorgegebene Weise in einer Trimmregelung korrigiert wird. Bei dem mageren Betrieb der Brennkraftmaschine 1 werden im Abgas vorhandene oxidierbare Bestandteile wie Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe vom Vorkatalysator 4 oxidiert und dadurch in unschädliche Bestandteile umgewandelt. Gleichzeitig werden Stickoxide vom Stickoxid-Speicherkatalysator 5 durch Einspeicherung aus dem Abgas entfernt . Somit erfolgt bei diesem Betriebspunkt eine weitestgehende Reinigung des Abgases von schädlichen Bestandteilen.It is assumed that the internal combustion engine 1 is initially in an operation with charge stratification, i.e. is operated with a lean engine λ. The predetermined air ratio, for example λ = 2.5, for the air-fuel mixture is adjusted by the control unit 10 using the signal from the first lambda probe 6 as a controlled variable. If necessary, the signal of the second lambda probe 7 can be used in a further control loop for fine adjustment, for which purpose the signal level of the first lambda probe 6 is corrected in a predetermined manner in a trim control in accordance with the signal level of the lambda probe 7. During the lean operation of the internal combustion engine 1, oxidizable components, such as carbon monoxide or hydrocarbons, present in the exhaust gas are oxidized by the pre-catalyst 4 and thereby converted into harmless components. At the same time, nitrogen oxides are removed from the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 by being stored in the exhaust gas. At this operating point, the exhaust gas is largely cleaned of harmful components.
Es wird weiter davon ausgegangen, dass bei der beschriebenen Betriebsweise der Brennkraftmaschine 1 sprunghaft eine erhöhte Leistungsabgabe beispielsweise auf Grund eines Beschleunigungswunsches für das zugeordnete Kraftfahrzeug angefordert wird. Wird vom Steuergerät 10 festgestellt, dass bei der angeforderten erhöhten Motorleistung ein magerer Betrieb mit Ladungsschichtung nicht möglich ist, so wird beispielsweise sofort auf einen Betrieb der Brennkraftmaschine mit einem Motor-λ von 1,0 umgeschaltet und der entsprechende Betriebspunkt vom Steuergerät 10 wie beschrieben eingeregelt. Bei diesem Betriebpunkt ist der Vorkatalysator 4 in der Lage, sowohl reduzierende Bestandteile als auch Stickoxide als oxi- dierenden Bestandteil aus dem Abgas zu entfernen, so dass das Abgas ausgangsseitig des Vorkatalysators 4 weitestgehend frei von Schadstoffen ist. Das Abgas ausgangsseitig des Vorkatalysators 4 enthält jedoch bei diesen Bedingungen auch praktisch keinen freien Sauerstoff. Als Nitrate im Stickoxid-Speicherkatalysator 5 zuvor eingespeicherte Stickoxide sind jedoch bei diesen nach dem Betriebswechsel vorhandenen Abgasbedingungen instabil, weshalb eine Desorption von Stickoxiden erfolgt. Die desorbierten Stickoxide können unter den vorliegenden Bedingungen vom Stickoxid-Speicherkatalysator 5 nicht reduziert werden, da reduzierende Abgasbestandteile bereits vom Vorkatalysator 4 aus dem Abgas entfernt wurden und somit nicht mehr für die Stickoxidreduktion zur Verfügung stehen. Bei Aufrechterhaltung des über die beschriebene Trimmregelung eingestellten Wertes für das Motor-λ von 1,0 und dem daraus resultierenden Wert des Abgas-λ ausgangsseitig des Vorkatalysators 4 kommt es daher zu einer unerwünschten Emission von Stickoxiden. Von der stromab des Stickoxid- Speicherkatalysators 5 angeordneten kombinierten NOx-/Lambdasonde 8 kann dies jedoch detektiert werden.It is further assumed that in the described mode of operation of the internal combustion engine 1, an increased power output is suddenly requested, for example on the basis of an acceleration request for the assigned motor vehicle. If the control unit 10 determines that in the case of the requested increased engine output, lean operation with charge stratification is not possible, for example, an immediate switchover to operation of the internal combustion engine with an engine λ of 1.0 and the corresponding operating point set by the control unit 10 as described. At this operating point, the pre-catalytic converter 4 is able to remove both reducing components and nitrogen oxides as oxidizing components from the exhaust gas, so that the exhaust gas on the output side of the pre-catalytic converter 4 is largely free of pollutants. However, the exhaust gas on the output side of the pre-catalyst 4 contains practically no free oxygen under these conditions. However, nitrogen oxides previously stored as nitrates in the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 are unstable in these exhaust gas conditions existing after the change of operation, which is why desorption of nitrogen oxides takes place. Under the present conditions, the desorbed nitrogen oxides cannot be reduced by the nitrogen oxide storage catalytic converter 5, since reducing exhaust gas components have already been removed from the exhaust gas by the pre-catalytic converter 4 and are therefore no longer available for nitrogen oxide reduction. If the value set for the engine λ of 1.0 set via the trim control described and the resulting value of the exhaust gas λ on the output side of the pre-catalytic converter 4 is maintained, there is therefore an undesirable emission of nitrogen oxides. However, this can be detected by the combined NOx / lambda probe 8 arranged downstream of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5.
Erfindungsgemäß wird die λ-Trimmung nun mit Hilfe des Signals dieser ausgangsseitig des Stickoxid-Speicherkatalysators 5 angeordneten kombinierten NOx-/Lambdasonde 8 durchgeführt. Beispielsweise wird je nach Größe des Signalpegels der Sonde 8 das Ausgangssignal der ersten Lambdasonde 6 mit einem davon abhängigen Offset versehen und auf diese Weise eine Feinjustierung der λ-Regelung vorgenommen. Die Feinjustierung bzw. λ-Trimmung kann beispielsweise derart vorgenommen werden, dass für das Motor-λ ein geringfügig unterhalb von 1,0 liegender Wert von beispielsweise 0,99 eingestellt wird. Daraus resultiert ein schwach reduzierendes Abgas ausgangsseitig des Vorkatalysators 4. Mit den im Abgas enthaltenen Reduktionsmitteln können die vom Speichermaterial des Stickoxid-Speicherkatalysator desorbierenden Stickoxide reduziert werden und somit die Emission von reduzierenden Abgasbestandteilen und Stickoxiden vermieden werden.According to the invention, the λ trimming is now carried out with the aid of the signal of this combined NOx / lambda probe 8 arranged on the output side of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5. For example, depending on the size of the signal level of the probe 8, the output signal of the first lambda probe 6 is provided with an offset dependent thereon and in this way one Fine adjustment of the λ control made. The fine adjustment or λ trimming can be carried out, for example, in such a way that a value of, for example, 0.99 is set slightly below 1.0 for the motor λ. This results in a weakly reducing exhaust gas on the output side of the pre-catalytic converter 4. With the reducing agents contained in the exhaust gas, the nitrogen oxides desorbing from the storage material of the nitrogen oxide storage catalytic converter can be reduced and the emission of reducing exhaust gas components and nitrogen oxides can thus be avoided.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, die Feinjustierung bzw. λ-Trimmung mittels der kombinierten NOx-/Lambdasonde 8 derart vorzunehmen, dass für das Motor-λ ein geringfügig oberhalb von 1,0 liegender Wert von beispielsweise 1,01 eingestellt wird. Der größte Teil der von der Brennkraftmaschine 1 emittierten Stickoxide kann unter den resultierenden Abgasbedingungen vom Vorkatalysator 4 zu unschädlichem Stickstoff umgesetzt werden. Bei der schwach oxidierenden AbgasZusammensetzung ist die Stabilität der im Stickoxid-Speicherkatalysator 5 vorhandenen Nitrate gewährleistet. Darüber hinaus können Restanteile von Stickoxiden im Abgas vom Stickoxid-Speicherkatalysator 5 eingespeichert werden. Auf diese Weise wird daher ebenfalls sehr gute Abgasreinigung erzielt.However, it can also be advantageous to carry out the fine adjustment or λ trimming by means of the combined NOx / lambda probe 8 such that a value of, for example, 1.01 is set slightly above 1.0 for the engine λ. The majority of the nitrogen oxides emitted by the internal combustion engine 1 can be converted into harmless nitrogen by the pre-catalyst 4 under the resulting exhaust gas conditions. With the weakly oxidizing exhaust gas composition, the stability of the nitrates present in the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 is ensured. In addition, residual portions of nitrogen oxides in the exhaust gas from the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 can be stored. Very good exhaust gas purification is therefore also achieved in this way.
Allgemein wird so verfahren, dass nach einem Wechsel des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 von einem Betriebspunkt mit einem mageren Motor-λ von deutlich größer als 1,0 zu einemIn general, the procedure is such that after changing the operation of the internal combustion engine 1 from an operating point with a lean engine λ of significantly greater than 1.0 to one
Motor-λ um 1,0 die ausgangsseitig des Stickoxid-Speicherkatalysators 5 angeordnete kombinierte NOx-/Lambdasonde 8 gegebenenfalls zur Trimmung des λ-Regelkreises der eingangsseitig des Vorkatalysators 4 angeordneten ersten Lambdasonde 6 verwendet wird. Dabei kann es vorteilhaft sein, dies nur dann durchzuführen, wenn der Signalpegel der kombinierten NOx- /Lambdasonde 8 außerhalb eines vorgebbaren Bereiches liegt und ansonsten die Trimmung des λ-Regelkreises mittels der ausgangsseitig des Vorkatalysators 4 angeordneten zweiten Lambdasonde 7 durchzuführen. Es kann ferner vorteilhaft sein, die erfindungsgemäße Trimmung des λ-Regelkreises mittels der ausgangsseitig des Stickoxid-Speicherkatalysators 5 angeordneten kombinierten NOx-/Lambdasonde 8 für eine vorgebbare Zeitspanne beizubehalten und danach wieder die zweite Lambdasonde 7 hierzu zu verwenden.Engine λ around 1.0 the combined NOx / lambda probe 8 arranged on the output side of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 is optionally used for trimming the λ control loop of the first lambda probe 6 arranged on the input side of the precatalyst 4. It can be advantageous to do this only then to be carried out when the signal level of the combined NOx / lambda probe 8 lies outside a predeterminable range and otherwise the λ control circuit is to be trimmed by means of the second lambda probe 7 arranged on the output side of the pre-catalyst 4. It may also be advantageous to maintain the trimming of the λ control loop according to the invention by means of the combined NOx / lambda probe 8 arranged on the output side of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5 for a predeterminable period of time and then to use the second lambda probe 7 again for this purpose.
Um die Menge der vom Stickoxid-Speicherkatalysator 5 desor- bierbaren Stickoxide zu vermindern, ist es vorteilhaft, bei einer sprunghaften Leistungsanforderung ausgehend von einem Betriebspunkt mit einem mageren Motor-λ von deutlich größer als 1,0 den Betriebspunkt mit einem Motor-λ um 1,0 nicht sofort einzustellen, sondern zunächst eine kurze Nitratregeneration des Stickoxid-Speicherkatalysators 5 einzuschieben. Es wird daher bei der Beendigung des mageren Brennkraftmaschinenbetriebs zunächst für eine kurze Zeit von beispielsweise zwei Sekunden ein fettes Motor-λ von etwa 0,92 eingestellt und danach auf den oben geschilderten erfindungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 mit einem Motor-λ um 1,0 umgestellt .In order to reduce the amount of nitrogen oxides that can be desorbed by the nitrogen oxide storage catalytic converter 5, it is advantageous, in the event of a sudden power requirement, starting from an operating point with a lean engine λ of significantly greater than 1.0, the operating point with an engine λ by 1 , 0 not to be set immediately, but first to insert a short nitrate regeneration of the nitrogen oxide storage catalytic converter 5. Therefore, when the lean internal combustion engine operation ends, a rich engine λ of about 0.92 is set for a short time, for example two seconds, and then switched to the above-described operation of the internal combustion engine 1 according to the invention with an engine λ of 1.0 ,
Durch das erfindungsgemäße Verfahren können durch den Haupt- katalysator 5 verursachte Veränderungen der Abgasstöchio- metrie ausgeregelt werden und folglich die Abgasreinigung verbessert werden. Es versteht sich daher, dass das erfindungsgemäße Verfahren auch bei einer anderen als der genannten Katalysatorkombination mit Vorteil anwendbar ist. Insbesondere ist es bei einer Kombination eines Vorkatalysators 4 mit einem nachgeschalteten Hauptkatalysator 5 anwendbar, der über eine Speicherfähigkeit für eine oxidierend oder reduzierend wirkende Abgaskomponente verfügt . Changes in the exhaust gas stoichiometry caused by the main catalytic converter 5 can be corrected by the method according to the invention and consequently the exhaust gas cleaning can be improved. It is therefore understood that the process according to the invention can also be used advantageously with a catalyst combination other than the one mentioned. In particular, it can be used in a combination of a pre-catalyst 4 with a downstream main catalyst 5 has a storage capacity for an oxidizing or reducing exhaust component.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasreinigungsanlage, umfassend einen in einer Abgasleitung (3) angeordneten Vorkatalysator (4) und einen stromab des Vorkatalysators (4) in der Abgasleitung1. Method for operating an internal combustion engine (1) with an exhaust gas purification system, comprising a pre-catalyst (4) arranged in an exhaust line (3) and a downstream of the pre-catalyst (4) in the exhaust line
(3) angeordneten Hauptkatalysator (5) , bei welchem zur geregelten Einstellung der Luftverhältniszahl eines der Brennkraftmaschine (1) zugeführten Luft -KraftStoffgemi- sches das Signal eines eingangsseitig des Vorkatalysators(3) arranged main catalytic converter (5), in which, for the regulated setting of the air ratio of an air-fuel mixture supplied to the internal combustion engine (1), the signal of an input side of the precatalyst
(4) in der Abgasleitung (3) angeordneten ersten Sensors (6) und das Signal eines zweiten Sensors (7; 8) verwendet wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s als zweiter Sensor (7; 8) für die Regelung alternativ entweder ein ausgangsseitig des Vorkatalysators (4) angeordneter Sauerstoffsensor (7) oder ein ausgangsseitig des Hauptkatalysators (5) in der Abgasleitung (3) angeordneter Abgassensor (8) herangezogen wird.(4) in the exhaust pipe (3) arranged first sensor (6) and the signal of a second sensor (7; 8) is used, characterized in that as a second sensor (7; 8) for the control alternatively either an output side of the precatalyst ( 4) arranged oxygen sensor (7) or an exhaust gas sensor (8) arranged in the exhaust line (3) on the output side of the main catalytic converter (5).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s als Hauptkatalysator (5) ein Stickoxid-Speicherkatalysator eingesetzt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that a nitrogen oxide storage catalyst is used as the main catalyst (5).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die geregelte Einstellung der Luftverhältniszahl um den stöchiometrischen Wert erfolgt.3. The method of claim 1 or 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, that the regulated adjustment of the air ratio is carried out by the stoichiometric value.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s die geregelte Einstellung der Luftverhältniszahl nach der Beendigung eines Betriebs der Brennkraftmaschine (1) mit einer mageren Luftverhältniszahl erfolgt .4. The method according to any one of the preceding claims, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s the regulated setting of the air ratio takes place after the end of an operation of the internal combustion engine (1) with a lean air ratio.
5. Verfahren nach Anspruch 4 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s außerhalb eines vorgebbaren Bereichs für das Signal des Abgassensors (8) für die geregelte Einstellung der Luft- verhältniszahl der erste Sensor (6) und der Abgassensor (8) herangezogen werden.5. The method of claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, that a s s outside of a predetermined range for the signal of the exhaust gas sensor (8) for the regulated setting of the air ratio, the first sensor (6) and the exhaust gas sensor (8) are used.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , d a s s für die geregelte Einstellung der Luftverhältniszahl der Abgassensor (8) für eine vorgebbare Zeitspanne herangezogen wird. 6. The method of claim 4 or 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, that a s s is used for the regulated setting of the air ratio of the exhaust gas sensor (8) for a predetermined period of time.
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