DE10004416A1 - Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor - Google Patents
Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem VerbrennungsmotorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor, dessen Abgase einem Katalysator zugeführt werden. Bei dem Verfahren erfaßt eine Motorsteuerung das Signal eines in Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor dem Katalysator angeordneten ersten Abgassensors und das Signal eines in Strömungsrichtung gesehenen nach dem Katalysator angeordneten zweiten Abgassenors. Während eines Closed-Loop-Betriebes des Verbrennungsmotors stellt die Motorsteuerung, basierend auf dem Signal des ersten Abgassensors, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemisches ein, wobei das eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei Abweichung von einem stöchiometrischen Massenverhältnis auf Grundlage des Signals des zweiten Abgassensors auf das stöchiometrische Massenverhältnis nachgeregelt wird. Bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem Open-Loop-Betriebsmodus, bei dem die Motorsteuerung auch ein vom stöchiometrischen Massenverhältnis abweichendes Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vornimmt, wird während eines nachfolgenden Closed-Loop-Betriebes des Verbrennungsmotors die Nachregelung mit Hilfe des Signals des zweiten Abgassensors zeitweise deaktivert.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor, dessen Abgase einem Kata
lysator zugeführt werden, wobei bei dem Verfahren von einer Motorsteue
rung das Signal eines in Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor dem
Katalysator angeordneten ersten Abgassensors und das Signal eines in
Strömungsrichtung gesehen nach dem Katalysator angeordneten zweiten
Abgassensors erfaßt wird, die Motorsteuerung während eines Closed-
Loop-Betriebsmodus des Verbrennungsmotors basierend auf dem Signal
des ersten Abgassensors das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbren
nungsmotor zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches auf ein vorgegebenes
Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, und die Motorsteuerung bei einer Ab
weichung des eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von einem
stöchiometrischen Massenverhältnis das Signal des zweiten Abgassensors
zur Nachregelung des eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das
stöchiometrische Massenverhältnis verwendet.
Durch den Einsatz geregelter Katalysatoren bei Verbrennungsmotoren
können mit den heute verfügbaren Zünd- und Einspritzsystemen sehr
niedrige Abgaswerte erreicht werden. So hat der Katalysator unter ande
rem die Eigenschaft, Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxide (CO) und
Stickoxide (Nox) bis zu mehr als 90% abzubauen, falls der Verbrennungs
motor in einem sehr engen Streubereich um das stöchiometrische Luft-
Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, bei dem das Luftverhältnis λ = 1 ist.
Das Luftverhältnis λ ist dabei als Verhältnis aus zugeführter Luftmasse
bezogen auf den theoretischen Luftbedarf definiert.
Mit Hilfe des eingangs genannten Verfahrens kann während des Closed-
Loop-Betriebsmodus des Verbrennungsmotors, bei dem das Luft-Kraft
stoff-Verhältnis des zugeführten Luft-Kraftstoff Gemisches basierend auf
dem Signal des ersten Abgassensors eingestellt wird, bei Abweichung die
ses eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses von dem zuvor beschriebe
nen stöchiometrischen Massenverhältnis das Signal des zweiten Abgas
sensors verwendet werden, um das eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis
auf das stöchiometrische Massenverhältnis nachzuregeln.
Beim sogenannten Open-Loop-Betriebsmodus des Verbrennungsmotors,
bei dem die Motorsteuerung auch eine vom stöchiometrischen Massenver
hältnis abweichende Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zuläßt,
beispielsweise während einer Bergabfahrt des Kraftfahrzeuges oder wäh
rend der Drosselung der Kraftstoffzufuhr bei fahrendem Kraftfahrzeug, ist
es erwünscht, daß das eingestellte Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom
stöchiometrischen Massenverhältnis abweicht, damit der Verbrennungs
motor das Fahrzeug bremst. Damit die Leistung des Katalysators trotz des
nicht auf das stöchiometrische Massenverhältnis eingestellten Luft-
Kraftstoff-Gemisches eine ausreichend hohe Umsatzrate besitzt, weist der
Katalysator eine entsprechend große Oberfläche auf, damit die Abgase in
ausreichendem Maß oxidiert bzw. reduziert werden können.
Bei längerem Betrieb des Verbrennungsmotors im Open-Loop-Betriebs
modus besteht jedoch das Problem, daß es beispielsweise bei Verbrennung
eines mageren Luft-Kraftstoff-Gemisches, bei dem die dem Motor
zugeführte Luftmenge über der stöchiometrisch erforderlichen Luftmenge
liegt, zu einer Anreicherung von Sauerstoff im Katalysator kommt, an des
sen katalytisch wirksamer Oberfläche sich die Sauerstoffmoleküle abla
gern. Durch die Anreicherung des Sauerstoffs im Katalysator ist zwar ei
nerseits die Oxidation der Kohlenmonoxide in Kohlendioxid und die Oxi
dation der Kohlenwasserstoffe in Kohlendioxid und Wasser verbessert,
andererseits ist jedoch eine Reduzierung der Stickoxide nur mehr in ver
mindertem Maß möglich, da der in den Stickoxiden gebundene Sauerstoff
nicht mehr an den Katalysator abgegeben werden kann. Als Folge können
während eines einem Open-Loop-Betriebes des Verbrennungsmotors fol
genden Closed-Loop-Betriebes die Abgase nur durch Verwendung eines
entsprechend groß dimensionierten Katalysators in ausreichendem Maß
katalysiert werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraft
stoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor anzugeben, durch das
nach einem Betrieb des Verbrennungsmotors im Open-Loop-Betriebsmo
dus der Katalysator während des nachfolgenden Betriebes des Verbren
nungsmotors im Closed-Loop-Betriebsmodus in verglichen bei dem Ein
satz herkömmlicher Verfahren kürzerer Zeit eine ausreichend hohe Um
satzrate aufweist.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen
nach Anspruch 1, und insbesondere dadurch, daß nach einem Betrieb des
Verbrennungsmotors in einem Open-Loop-Betriebsmodus, bei dem die
Motorsteuerung auch ein vom stöchiometrischen Massenverhältnis abwei
chendes Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vornimmt, während
eines nachfolgenden Betriebes des Verbrennungsmotors im Closed-Loop-
Betriebsmodus die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit
Hilfe des Signals des zweiten Abgassensors zeitweise deaktiviert werden
kann.
Durch den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens wird erreicht, daß
unmittelbar nach dem Wechseln des Betriebes des Verbrennungsmotors
vom Open-Loop-Betriebsmodus in den Closed-Loop-Betriebsmodus die
Motorsteuerung das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Verbrennungs
motor zuzuführenden Gemisches zeitweise nur auf Grundlage des Signals
des ersten Abgassensors einstellt. Folglich wird bei abgeschalteter Nachre
gelung nur die Zusammensetzung des nicht-katalysierten Abgases vor
dem Katalysator für die Bestimmung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des
Gemisches herangezogen, das dem Verbrennungsmotor zugeführt wird,
während die Zusammensetzung des katalysierten Abgases bei der Ein
stellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unberücksichtigt bleibt. Auf die
se Weise wird vermieden, daß basierend auf eventuell im Katalysator ge
speicherten, teilweise katalysierten Zwischenprodukten, wie beispielsweise
nach einem Open-Loop-Betrieb des Verbrennungsmotors mit magerem
Luft-Kraftstoff-Gemisch im Katalysator gespeicherter Sauerstoff, die vom
durch den Katalysator strömenden Abgas mitgerissen werden, der zweite
Abgassensor eine Abgaszusammensetzung erfaßt, die nicht den tatsächli
chen Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors entspricht. Ande
renfalls würde das von der Motorsteuerung einzustellende Luft-Kraftstoff-
Verhältnis des dem Verbrennungsmotor zuzuführenden Gemisches auf
Grundlage verfälschter Abgaszusammensetzungen bestimmt, die wieder
um zu einer ungünstigen Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses
führen würde. Nachdem die Nachregelung zeitweise deaktiviert war, um
die im Katalysator gespeicherten Zwischenprodukte zumindest teilweise
abzuführen, wird die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses er
neut aktiviert, damit die für einen optimalen Betrieb des Verbrennungs
motors und eine möglichst hohe Umsatzrate des Katalysators erforderliche
Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches wieder mög
lich wird.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Be
schreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.
So ist es insbesondere von Vorteil, die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses während des Closed-Loop-Betriebsmodus zeitweise zu de
aktivieren, wenn der Verbrennungsmotor während des zuvor erfolgten
Open-Loop-Betriebsmodus mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch
betrieben wurde, bei dem die zugeführte Luftmenge des Gemisches über
der stöchiometrisch erforderlichen Luftmenge lag. Gerade bei der Ver
brennung eines mageren Luft-Kraftstoff-Gemisches im Verbrennungsmo
tor entstehen im Abgas Sauerstoffmoleküle, die sich an der katalytisch
wirksamen Schicht des Katalysators ablagern und insbesondere eine Re
duktion der Stickoxide in den Abgasen verhindern, während gleichzeitig
die Kohlenmonoxide und Kohlenwasserstoffe durch den hohen Sauerstoff
gehalt des im Katalysator befindlichen Abgases oxidiert werden. So wur
den Versuchsreihen nach den Vorschriften der europäischen MVEG
(Motor Vehicle Emission Group) durchgeführt, die als MVEG-B-Test be
kannt sind, in denen ermittelt wurde, daß nach einem Betrieb des Ver
brennungsmotors im Open-Loop-Betrieb die Stickoxide während des Clo
sed-Loop-Betriebes des Verbrennungsmotors unmittelbar nach dem Open-
Loop-Betrieb nur zu etwa 83% umgesetzt werden konnten, während üblicherweise
eine Umsatzrate des Katalysators bei Stickoxiden von annä
hernd 97% erreicht wird. Durch das zeitweise Abschalten der Nachrege
lung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses wird erreicht, daß der im Abgas
enthaltene hohe Sauerstoffgehalt bei der Einstellung des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemisches nicht
berücksichtigt wird und die Umsatzrate des Katalysators entsprechend
zunimmt, da die Motorsteuerung mit Hilfe des Signals des ersten Abgas
sensors ein zumindest an das stöchiometrische Verhältnis angenähertes
Gemisch einstellt. Insbesondere bei dieser zuvor beschriebenen Ausge
staltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorgeschlagen, die
Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nur dann zu deaktivieren,
wenn das vom zweiten Abgassensor an die Motorsteuerung abgegebene
Signal einen Wert annimmt, der unter einem vorgegebenen minimalen
Schwellenwert liegt. Auf diese Weise wird erreicht, daß wenn der Verbren
nungsmotor nur über einen kurzen Zeitraum im Open-Loop-Betriebsmo
dus gefahren wurde, bei dem sich eine vernachlässigbar kleine Menge an
Zwischenprodukten im Katalysator angesammelt hat, die Nachregelung
des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses dennoch vorgenommen wird.
Des weiteren wird bei diesem Verfahren vorgeschlagen, nur innerhalb ei
nes vorgegebenen ersten Zeitraums zu überprüfen, ob der Wert des vom
zweiten Abgassensor abgegebenen Signals unter dem vorgegebenen mini
malen Schwellenwert liegt. Da das Abgas eine beispielsweise von der Mo
tordrehzahl abhängige Zeit benötigt, um vom Verbrennungsmotor durch
den Katalysator bis zum zweiten Abgassensor zu gelangen, wird auf diese
Weise sichergestellt, daß bei der Beurteilung, ob die Nachregelung abge
schaltet werden soll, auch tatsächlich die Zusammensetzung des Abgases
ermittelt wird, das unmittelbar vor dem Umschalten von dem Open-Loop-
Betrieb des Verbrennungsmotors in den Closed-Loop-Betrieb in die Zylin
der des Verbrennungsmotors eingeströmt ist. Der vorgegebene erste Zeit
raum wird hierzu als fester Wert vorgegeben, der beispielsweise einem
Zeitraum entspricht, den das Abgas bei Betrieb des Verbrennungsmotors
im Leerlauf benötigt, um vom Verbrennungsmotor durch den Katalysator
zum zweiten Abgassensor zu gelangen.
Damit sichergestellt wird, daß die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Ver
hältnisses nur so kurz wie möglich deaktiviert ist, wird vorgeschlagen die
Nachregelung dann wieder aufzunehmen, wenn das vom zweiten Abgas
sensor an die Motorsteuerung abgegebene Signal einen vorgegebenen ma
ximalen Schwellenwert überschreitet. Dabei ist es ferner von Vorteil,
wenn, nachdem das vom zweiten Abgassensor an die Motorsteuerung ab
gegebene Signal den vorgegebenen maximalen Schwellenwert überschrit
ten hat, die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach Ablauf
einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer wieder aufzunehmen, damit ein
sanfter Übergang beim nachfolgenden Aktivieren der Nachregelung er
möglicht werden kann.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens definiert die Motor
steuerung zur Beurteilung, ob das Luft-Kraftstoff-Gemisch mit Luft oder
Kraftstoff angereichert werden muß, einen aktuellen Schaltpunkt, bei des
sen Überschreiten durch den Wert des Signals des ersten Abgassensors
das Gemisch mit Luft und bei dessen Unterschreiten das Gemisch mit
Kraftstoff angereichert wird. Auf diese Weise arbeitet der erste Abgassen
sor quasi als digitaler Sensor mit einem festen Schaltpunkt, wodurch eine
besonders schnell ansprechende Regelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnis
ses im Gemisch möglich ist.
Bei dieser Weiterbildung des Verfahrens ist es besonders von Vorteil, den
aktuellen Schaltpunkt von der Motorsteuerung auf einen vorgegebenen
Schaltpunkt einzustellen, sobald die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses deaktiviert wird. Der vorgegebene Schaltpunkt ist dabei so
gewählt, daß dem Verbrennungsmotor ein mageres Luft-Kraftstoff-
Gemisch bzw. ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch, bei dem die zugeführte
Kraftstoffmenge über der stöchiometrisch erforderlichen Kraftstoffmenge
liegt, zugeführt wird, damit das aus dem Verbrennungsmotor geförderte
Abgas den Katalysator von den in ihm gespeicherten Zwischenprodukten
reinigt bzw. diese Zwischenprodukte kompensiert.
Als Abgassensoren werden vorzugsweise Lambdasonden verwendet, an
denen in Abhängigkeit vom Sauerstoffgehalt des Abgases jeweils eine
Spannung anliegt, die von der Motorsteuerung zum Bestimmen des Luft-
Kraftstoff-Verhältnisses abgegriffen wird, da Lambdasonden ein quasi di
gitales Verhalten zeigen, welches für die Bestimmung des Luft-Kraftstoff-
Verhältnisses durch die Motorsteuerung besonders geeignet ist.
Bei Verwendung von Lambdasonden wird der aktuelle Schaltpunkt, bei
dessen Überschreiten das Gemisch mit Luft bzw. bei dessen Unterschrei
ten das Gemisch mit Kraftstoff angereichert wird, durch einen Span
nungswert definiert, der von der Motorsteuerung mit der abgegriffenen
Spannung der ersten Lambdasonde verglichen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles un
ter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung, die nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren einen Verbrennungsmotor
regelt,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem die Spannungskennlinie einer
Lambdasonde bezogen auf das Luftverhältnis λ dargestellt ist,
Fig. 3 ein Diagramm, in dem die Sondenspannung der Lambdasonde
bezogen auf die Zeit dargestellt ist,
Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Verläufe der Sondenspannungen
der beiden Lambdasonden bezogen auf die Zeit mit und ohne
Deaktivierung der Nachregelung gezeigt sind, und
Fig. 5 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung eine Anordnung 10 zum Regeln
und Steuern eines Verbrennungsmotors 12 eines nicht dargestellten
Kraftfahrzeuges gezeigt. Der Auslaß des Verbrennungsmotors 12 steht mit
einem Vorschalldämpfer 14, einer Abgasanlage 16 in Strömungsverbin
dung. Der Vorschalldämpfer 14 ist seinerseits mit einem Katalysator 18
verbunden, der in einen Mittelschalldämpfer 20 übergeht. An den Mittel
schalldämpfer 20 schließt sich ein nicht dargestellter Nachschalldämpfer
der Abgasanlage 16 an. In Strömungsrichtung des Abgases gesehen vor
dem Katalysator 18 ist nahe diesem in dem Verbindungsrohr des Vor
schalldämpfers 14 zum Katalysator 18 eine erste Lambdasonde 22 ange
ordnet, die mit ihrem Sondenkopf in das Verbindungsrohr ragt. In Strö
mungsrichtung des Abgases gesehen nach dem Katalysator 18 ist eine
zweite Lambdasonde 24 positioniert, die mit ihrem Sondenabschnitt in
das Verbindungsrohr des Katalysators 18 zum Mittelschalldämpfer 20
ragt.
Die beiden Lambdasonden 22 und 24 sind elektrisch leitend mit einer
Motorsteuerung 26 verbunden, die ihrerseits mit einer Einspritzanlage 28
des Verbrennungsmotors 12 elektrisch leitend verbunden ist. Der Ein
spritzanlage 28 wird durch eine Kraftstoffleitung 30 Kraftstoff und durch
einen Ansaugstutzen 32 Luft zugeführt. Die Einspritzanlage 28 erzeugt,
geregelt durch die Motorsteuerung 26, ein entsprechend den Vorgaben der
Motorsteuerung 26 eingestelltes Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in die ein
zelnen Zylinder des Verbrennungsmotors 12 in bekannterweise einge
spritzt wird.
Während des Betriebes des Verbrennungsmotors 12 erfassen die beiden
Lambdasonden 22 und 24 den Sauerstoffgehalt des Abgases in Strö
mungsrichtung gesehen vor bzw. nach dem Katalysator 18. Die Arbeits
weise der beiden identisch ausgebildeten Lambdasonden 22 und 24 wird
nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 2 näher erläutert. Die beiden
Lambdasonden 22 und 24 arbeiten nach dem Prinzip einer galvanischen
Sauerstoff-Konzentrationszelle, wobei die Sauerstoffkonzentration im Ab
gas mit der Sauerstoffkonzentration der Umgebungsluft verglichen wird.
Unterscheidet sich die Sauerstoffkonzentration des Abgases von der Sau
erstoffkonzentration der Luft, liegt an der Lambdasonde 22 bzw. 24 eine
dem Konzentrationsunterschied entsprechende Spannung U1 bzw. U2 an.
Die beiden Lambdasonden 22 und 24 sind so ausgebildet, daß sie den in
Fig. 2 gezeigten Kennlinienverlauf der Sondenspannung U1 bzw. U2 bezo
gen auf das Luftverhältnis λ zeigen.
Wie Fig. 2 zeigt, liegt die Sondenspannung U1 bzw. U2 bei etwa 950 mV,
wenn das Luftverhältnis λ < 0,9 ist. Bei einem Luftverhältnis λ von einem
Wert um den Betrag 1 zeigt die Kennlinie einen annähernd parallelen
Verlauf zur Hochwertachse, d. h. daß bereits kleinste Änderungen des
Luftverhältnisses λ zu großen Spannungsänderungen führen. Mit weiter
zunehmendem Luftverhältnis λ nimmt die Steigung der Kennlinie wieder
ab, bis der in Fig. 2 rechts dargestellte Zweig ab λ < 1,1 annähernd paral
lel zur Rechtswertachse verläuft. Mit anderen Worten liegt an der
Lambdasonde 22 bzw. 24 eine hohe Sondenspannung U1 bzw. U2 an,
wenn das im Verbrennungsmotor 12 verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch
vor der Verbrennung eine über der stöchiometrisch erforderlichen Kraft
stoffmenge liegende Kraftstoffmenge aufwies, so daß das Luftverhältnis
λ < 1 ist. Wurde dagegen der Verbrennungsmotor 12 mit einem mageren
Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben, bei dem die zugeführte Luftmenge über
der stöchiometrisch erforderlichen Luftmenge lag, zeigt die Kennlinie eine
äußerst geringe Sondenspannung. Liegt dagegen das Luftverhältnis λ an
nähernd bei dem Wert 1, tritt eine schlagartige Änderung der Sonden
spannung auf. Mit Hilfe dieses als quasi digital zu bezeichnenden Verhal
tens der Lambdasonden 22 und 24 ist eine sehr genaue Einstellung des
Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches möglich, da bereits kleinste
Änderungen des Luftverhältnisses λ zu großen Spannungsänderungen der
Sondenspannungen U1 und U2 führen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 die Arbeitsweise der An
ordnung 10 näher erläutert. Wird der Verbrennungsmotor 12 in einem
Closed-Loop-Betriebsmodus betrieben, erfaßt die erste Lambdasonde 22
den Sauerstoffgehalt des Abgases des Verbrennungsmotors 12 unmittelbar
vor dem Katalysator 18 und gibt die erfaßte Sauerstoffkonzentration
als erste Sondenspannung U1 an die Motorsteuerung 26 weiter. Das Abgas
strömt weiter durch den Katalysator 18, wird in diesem katalysiert und
strömt schließlich in den Mittelschalldämpfer 20. Das vom Katalysator 18
katalysierte Abgas wird von der zweiten Lambdasonde 24 erfaßt, die den
Sauerstoffgehalt des katalysierten Abgases ermittelt und als zweite Son
denspannung U2 an die Motorsteuerung 26 weiterleitet. Die Motorsteue
rung 26 ermittelt basierend auf der ersten Sondenspannung U1 das einzu
stellende Luft-Kraftstoff-Verhältnis in bekannterweise aus einem Kennfeld,
in dem unterschiedliche Betriebsbedingungen des Motors bezogen auf das
Luftverhältnis λ abgespeichert sind. Da beispielsweise, aufgrund von Alte
rungsprozessen, unzureichender Verbrennung des Verbrennungsmotors
12 und ähnlichem, das von der Motorsteuerung 26 auf Grundlage der er
sten Sondenspannung U1 ermittelte Luft-Kraftstoff-Verhältnis vom ge
wünschten stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis abweichen kann,
wird mit Hilfe der zweiten Sondenspannung U2 das zuvor eingestellte Luft-
Kraftstoff-Verhältnis kontrolliert und gegebenenfalls nachgeregelt. Ent
sprechend dem so ermittelten Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird nun die Ein
spritzanlage 28 angesteuert, die dem Verbrennungsmotor 12 die zuvor
eingestellte Menge an Kraftstoff und Luft zuführt.
In Fig. 3 ist der Verlauf der Sondenspannung U1 über einen längeren Zeit
raum dargestellt, wobei die parallel zur Zeitachse verlaufende Linie einen
Schaltpunkt Ubias definiert. Während des Closed-Loop-Betriebsmodus des
Verbrennungsmotors 12 wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entsprechend
dem in Fig. 3 gezeigten Verlauf geregelt, so daß die erste Sondenspannung
U1 einen etwa sinusförmigen Verlauf um den Schaltpunkt Ubias zeigt.
Bei bestimmten Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors 12 kann
der zuvor beschriebene Closed-Loop-Betriebsmodus nicht mehr eingehal
ten werden. Wird das Kraftfahrzeug beispielsweise mit einem niedrig ein
gelegten Gang bergab gefahren, soll der Verbrennungsmotor 12 als soge
nannte "Motorbremse" arbeiten. Zu diesem Zweck wird dem Verbren
nungsmotor 12 ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zugeführt, das einen sehr ho
hen Luftanteil enthält. Da die Motorsteuerung 26 im Closed-Loop-Be
triebsmodus des Verbrennungsmodus 12 versuchen würde, das Luft-
Kraftstoff-Gemisch auf ein stöchiometrisches Massenverhältnis einzustel
len, würde dies der Bremsfunktion des Verbrennungsmotors 12 zuwider
laufen. Aus diesem Grund wird der Verbrennungsmotor 12 in einem der
artigen Fall im sogenannten Open-Loop-Betriebsmodus gefahren, bei dem
die Motorsteuerung 26 entsprechend abgespeicherter Daten ein vom stö
chiometrischen Massenverhältnis abweichendes Luft-Kraftstoff-Verhältnis
des Gemisches einstellt. In diesem Open-Loop-Betriebsmodus erfassen die
beiden Lambdasonden 22 und 24 zwar den Sauerstoffgehalt des Abgases,
die ermittelten Sondenspannungen U1 und U2 werden jedoch nicht un
mittelbar zur Einstellung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches
verwendet.
Insbesondere während des Betriebes des Verbrennungsmotors 12 mit ei
nem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch steigt der Sauerstoffgehalt im Abgas
an, wodurch das Problem besteht, daß der Sauerstoffüberschuß im Abgas
sich an der katalytisch wirksamen Schicht des Katalysators 18 ablagert
und dessen Funktion zumindest kurzfristig nachteilig beeinflußt, wie
nachfolgend erläutert wird. Üblicherweise ist der Katalysator 18 so aus
gelegt, daß eine vorgegebene Menge an Sauerstoff im Katalysator 18 ge
speichert ist, die einem vorgegebenen Prozentsatz der maximal im Katalysator
18 zu speichernden Sauerstoffmenge entspricht, sofern die Umsatz
rate des Katalysators 18 nicht durch Alterungsprozesse bereits abgenom
men hat. Strömt nun das Abgas durch den Katalysator 18 werden die
Kohlenwasserstoffmoleküle und die Kohlenmonoxidmoleküle durch den
im Katalysator gespeicherten Sauerstoff oxidiert, während die nicht mit
Sauerstoff belegten Oberflächenabschnitte des Katalysators 18 die
Stickoxide reduzieren und den Sauerstoff speichern. Während des Closed-
Loop-Betriebsmodus des Verbrennungsmotors 12 herrscht im Katalysator
18 ein Gleichgewicht zwischen den Oxidations- und Reduktionsreaktio
nen, so daß die Abgase entsprechend den gesetzlichen Vorgaben kataly
siert werden können, sofern im Verbrennungsmotor 12 ein zumindest an
nähernd stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird.
Wird nun der Verbrennungsmotor 12 über einen längeren Zeitraum mit
einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben, wird ein Großteil der
katalytisch wirksamen Oberfläche des Katalysators 18 mit Sauerstoffmo
lekülen belegt, so daß eine ausreichende Reduktion der Stickoxide im
Katalysator 18 nur mehr eingeschränkt möglich ist. Wird nun nach einem
Open-Loop-Betrieb der Verbrennungsmotor wieder im Closed-Loop-Be
triebsmodus gefahren, bei dem ein stöchiometrisch eingestelltes Luft-
Kraftstoff-Verhältnis verbrannt wird, kommt es zu einer unzureichenden
Katalyse der Abgase.
So zeigt die nachfolgend aufgeführte Tabelle die Versuchsergebnisse eines
Testzyklus der nach dem Vorgaben der MVEG (Motor Vehicle Emission
Group) der Europäischen Union durchgeführt wurde. Bei dieser Versuchs
reihe werden aufeinanderfolgend insgesamt vier Stadtzyklen (supercycles)
gefahren, bei denen die maximale Geschwindigkeit bei etwa 50 km/h liegt.
Anschließend wird das Fahrzeug mit einem Überlandzyklus betrieben
(EUDC = extra urban driving cycle), bei dem das Fahrzeug bis auf eine Ge
schwindigkeit von 120 km/h beschleunigt wird.
Versuchszyklus | |
durchschnittliche Umsatzrate NOx | |
Stadtzyklus normal | 97% |
Kurzzyklus unmittelbar nach Open-Loop-Betrieb | 83% |
Überlandzyklus normal | 97% |
Kurzzyklus unmittelbar nach Open-Loop-Betrieb | 74% |
Bei den Versuchsreihen wurde die durchschnittliche Gesamtumsatzrate
des Katalysators 18 (jeweils etwa 97%) während eines normalen Stadtzy
klus bzw. Überlandzyklus mit der durchschnittlichen Umsatzrate vergli
chen, die der Katalysator 18 bei einem Kurzzyklus unmittelbar nach dem
Open-Loop-Betrieb aufweist, bei dem der Verbrennungsmotor mit einer
Geschwindigkeit von etwa 35 km/h bzw. 50 km/h betrieben wurde.
Wie Tabelle 1 zeigt, sinkt unmittelbar nach einem Open-Loop-Betrieb des
Verbrennungsmotors 12 die Umsatzrate für Stickoxide deutlich ab. Dies
läßt sich damit erklären, daß bei herkömmlichen Motorsteuerungen, so
bald der Closed-Loop-Betrieb wieder aufgenommen wird, die erste
Lambdasonde 22 zwar die richtige Sauerstoffkonzentration im Abgas erfaßt,
die zweite Lambdasonde 24 aufgrund des im Katalysator 18 gespei
cherten Sauerstoffs eine im Abgas enthaltene falsche Sauerstoffkonzen
tration ermittelt und demzufolge die Motorsteuerung 26 bei herkömmli
chem Betrieb das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemisches nachregelt,
ohne daß dies möglicherweise erforderlich ist.
So zeigt Fig. 4 ein Diagramm, in dem die Sondenspannungen über die Zeit
aufgetragen sind. Wird die Anordnung 10 in herkömmlicherweise betrie
ben, benötigt die gesamte Regelung etwa 70 Sekunden bis sie wieder ord
nungsgemäß arbeitet. Während die Sondenspannung U1 der ersten
Lambdasonde 22 um den Schaltpunkt Ubias schwingt, zeigt die zweite Son
denspannung U2 der zweiten Lambdasonde 24 sehr niedrige Werte, die der
Motorsteuerung 26 einen zu hohen Sauerstoffgehalt im Abgas angeben, so
daß die Motorsteuerung 26 ein entsprechend fetteres Gemisch einstellt,
was an sich nicht erforderlich wäre. Um dies zu vermeiden, wird das
nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschriebene, erfindungsgemä
ße Verfahren eingesetzt, durch dessen Verwendung innerhalb vergleichs
weise kurzer Zeit ein ordnungsgemäßer Betrieb des Katalysators wieder
möglich ist.
Während des Betriebes des Verbrennungsmotors 12 überprüft die Motor
steuerung 26 kontinuierlich in einem Schritt S 101, ob der Verbrennungs
motor 12 ausgehend von einem Open-Loop-Betriebsmodus in einem nach
folgenden Closed-Loop-Betriebmodus betrieben wird. Ist dies nicht der
Fall, kehrt die Motorsteuerung 26 zu ihrer Hauptroutine (out) zurück, in
der sie beispielsweise das Luft-Kraftstoff-Verhältnis in herkömmlicher
Weise einstellt. Wurde dagegen der Verbrennungsmotor 12 zuvor in einem
Open-Loop-Betriebsmodus betrieben, während er nachfolgend in einem
Closed-Loop-Betriebsmodus gefahren wird, wird in einem nachfolgenden
Schritt S 102 ein Zähler aktiviert, der einen vorgegebenen Zeitdauer t1
abzählt.
In einem nächsten Schritt S 201 wird der aktuelle Wert des Zählers t mit
der vorgegebenen Zeit t1 verglichen. Liegt die aktuelle Zeit t unter dem
vorgegebenen Zeitraum t1 fährt die Motorsteuerung 26 mit Schritt S 202
fort. In Schritt S 202 wird überprüft, ob die aktuelle Sondenspannung U2
der zweiten Lambdasonde 24 unter einem minimalen Schwellenwert Umin
liegt, d. h. in Schritt S 202 wird überprüft, ob die von der zweiten Lamb
dasonde 24 erfaßte Sauerstoffkonzentration über oder unter einer vorge
gebenen Sauerstoffkonzentration liegt. Liegt die Sauerstoffkonzentration
im Abgas über dem Schwellenwert, liegt die zweite Sondenspannung U2
unter dem minimal zulässigen Spannungswert Umin. Liegt dagegen die
Sauerstoffkonzentration unter dem Schwellenwert, liegt die zweite Son
denspannung U2 über dem minimal zulässigen Schwellenwert. Bei dem
dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Schwellenwert Umin bei etwa
100 mV.
Wird bei Schritt S 202 erfaßt, daß die zweite Sondenspannung U2 über
dem minimal zulässigen Schwellenwert Umin liegt, kehrt die Steuerung zu
Schritt S 201 zurück und überprüft, ob die vom Zähler aktuell gezählte
Zeit t dem vorgegebenen Zeitraum t1 entspricht. Dieser Vorgang wird so
lange wiederholt, bis entweder in Schritt S 201 erfaßt wird, daß die aktu
elle Zeit t dem vorgegebenen Zeitraum t1 entspricht, oder in Schritt S 202
festgestellt wird, daß die zweite Sondenspannung U2 unter den minimal
zulässigen Schwellenwert Umin fällt.
Entspricht die aktuelle vom Zähler abgezählte Zeit t dem vorgegebenen
Zeitraum t1, fährt die Steuerung mit Schritt S 301 fort. Liegt dagegen die
zweite Sondenspannung U2 unter dem minimal zulässigen Schwellenwert
Umin, fährt die Motorsteuerung 26 mit Schritt S 203 fort. In Schritt S 203
deaktiviert die Motorsteuerung 26 die Nachregelungsfunktion, so daß
während des Closed-Loop-Betriebsmodus des Verbrennungsmotors 12 die
Einstellung des Luft-Kraftstoff-Gemisches nur mehr basierend auf der er
sten Sondenspannung U1 der ersten Lambdasonde 22 vor dem Katalysator
18 erfolgt, während die zweite Sondenspannung U2 bei der Einstellung des
Gemisches unberücksichtigt bleibt. Nachdem die Nachregelung in Schritt
S 203 deaktiviert worden ist, springt die Motorsteuerung 26 zu Schritt S
301. Insgesamt wurde also in den Schritten S 201 bis S 203 von der Mo
torsteuerung 26 untersucht, ob der im Abgas enthaltene Sauerstoffgehalt
einen Wert überschreitet, der eine ordnungsgemäße Regelung des Luft-
Kraftstoff-Verhältnisses des Gemisches durch die Motorsteuerung 26 be
hindert, oder ob der Sauerstoffgehalt im Abgas einen noch so geringen
Wert aufweist, daß die Motorsteuerung 26 das Gemisch auf Grundlage
beider Sondenspannungen U1 und U2 ermitteln kann. Auf diese Weise
wird sichergestellt, daß die Nachregelung nur dann deaktiviert ist, wenn
der Sauerstoffgehalt im Katalysator 18 durch die zuvor erfolgte Fahrweise
im Open-Loop-Betrieb des Verbrennungsmotors 12 so hoch angestiegen
ist, daß bei dem nachfolgenden Closed-Loop-Betrieb des Verbrennungs
motors 12 eine ordnungsgemäße Einstellung des Gemisches nicht möglich
wäre.
In Schritt S 301 überprüft die Motorsteuerung 26 ob die Nachregelung de
aktiviert wurde oder nicht. Wurde die Nachregelung nicht deaktiviert,
kehrt die Motorsteuerung 26 zu ihrer Hauptroutine zurück. Wird dagegen
in Schritt S 301 ermittelt, daß die Nachregelung deaktiviert wurde, fährt
die Motorsteuerung 26 mit Schritt S 302 fort. In Schritt S 302 wird über
prüft, ob der von der Motorsteuerung 26 aktuell eingestellte Schaltpunkt
Ubias unter einem niedrigst zulässigen Schaltpunkt UDFCO von etwa
609 mV liegt. Üblicherweise liegt der aktuelle Schaltpunkt Ubias bei etwa
482 mV. Dennoch ist es möglich, daß aufgrund einer vorher erfolgten Ein
stellung der aktuelle Schaltpunkt bereits einen höheren Wert aufweist.
Der vorgegebene Schaltpunkt UDFCO liegt dagegen bei etwa 609 mV, so daß
bei Verwendung dieses vorgegebenen Schaltpunktes die Motorsteuerung
26 ein fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch einstellen würde, das eine über dem
stöchiometrisch erforderlichen Maß liegende Kraftstoffmenge enthält.
Stellt die Motorsteuerung 26 in Schritt S 302 fest, daß der aktuelle
Schaltpunkt Ubias größer oder gleich dem vorgegebenen Schaltpunkt UDFCO
ist, springt die Motorsteuerung 26 zu Schritt S 401. Stellt die Motorsteue
rung 26 dagegen in Schritt S 302 fest, daß der aktuelle Schaltpunkt Ubias
unter dem vorgegebenen Schaltpunkt UDFCO liegt, springt sie zu Schritt
S 303, in dem der Wert des aktuellen Schaltpunktes Ubias auf den Wert
des vorgegebenen Schaltpunktes UDFCO gesetzt wird. Anschließend springt
die Motorsteuerung 26 zu Schritt S 401. In den Schritten S 301 bis S 303
wird also der Schaltpunkt, an dem die Motorsteuerung 26 basierend auf
der ersten Sondenspannung U1 das Gemisch regelt, erhöht, so daß das
Gemisch insgesamt einen höheren Kraftstoffanteil aufweist.
In Schritt S 401 überprüft nun die Motorsteuerung 26, ob die zweite Son
denspannung U2 über einem maximal zulässigen Schwellenwert liegt, der
im vorliegenden Fall etwa 501 mV entspricht. Mit anderen Worten über
prüft die Motorsteuerung 26 in Schritt S 401, ob die Sauerstoffkonzentration
im Abgas nach dem Katalysieren bereits soweit abgenommen hat, daß
eine ordnungsgemäße Regelung wieder möglich ist.
Liegt die zweite Sondenspannung U2 unter dem maximal zulässigen
Schwellenwert Umax kehrt die Motorspannung 26 zu Schritt S 302 zurück.
Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis die zweite Sondenspannung
U2 den maximal zulässigen Schwellenwert Umax überschreitet. Ist dies der
Fall, springt die Motorsteuerung zu Schritt S 402. In Schritt S 402 wird
der Zähler erneut aktiviert und in Schritt S 403 die aktuelle Zeit t mit ei
nem zweiten Zeitraum t2 verglichen, bis der aktuelle Wert t des Zählers
dem vorgegebenen Zeitraum t2 entspricht. Ist dies der Fall springt die
Motorsteuerung 26 zu Schritt S 404, in dem die Nachregelung wieder ak
tiviert wird. Anschließend springt die Steuerung von Schritt S 404 zu ihrer
Hauptroutine. In den Schritten S 401 und S 404 wird also überprüft, ob
der im Katalysator 18 gespeicherte Sauerstoff wieder ein so niedriges Ni
veau erreicht hat, daß ein ordnungsgemäßes Nachregeln mit Hilfe der
zweiten Sondenspannung U2 wieder möglich wird.
Bezugnehmend auf Fig. 4 wird nachfolgend noch einmal kurz die Arbeits
weise des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Sobald die Motor
steuerung 26 erkennt, daß der Verbrennungsmotor 12 nach einem Open-
Loop-Betriebsmodus wieder in einem Closed-Loop-Betriebsmodus betrie
ben wird, überprüft die Motorsteuerung 26 in den Schritten S 201 bis
S 203, ob die Sauerstoffkonzentration im Abgas nach dem Katalysator 18
einen so hohen Wert erreicht hat, daß eine ordnungsgemäße Nachrege
lung mit Hilfe der zweiten Sondenspannung U2 nicht mehr möglich ist. Ist
dies der Fall, wird die Nachregelung deaktiviert. Anschließend wird in den
Schritten S 302 und S 303 der aktuelle Schaltpunkt Ubias auf einen vorgegebenen
Schaltpunkt UDFCO angehoben, wie Fig. 4 zeigt. Auf diese Weise
wird erreicht, daß das dem Verbrennungsmotor 12 zugeführte Luft-
Kraftstoff-Gemisch einen höheren Kraftstoffanteil enthält, wodurch der im
Katalysator 18 gespeicherte Sauerstoff schneller verbraucht wird. Wäh
rend des weiteren Closed-Loop-Betriebsmodus wird kontinuierlich in
Schritt S 401 von der Motorsteuerung 26 überprüft, ob die zweite Sonden
spannung U2 dem maximal zulässigen Schwellenwert Umax entspricht. Bei
dem in Fig. 4 gezeigten Diagramm ist dies der Fall, sobald die zweite Son
denspannung U2 einen Wert von 501 mV erreicht hat. Anschließend wird
die mit Hilfe der zweiten Sondenspannung U2 erfolgende Nachregelung
wieder aktiviert und in einem nicht dargestellten Schritt der vorgegebene
Schaltpunkt UDFCO auf den aktuellen Schaltpunkt Ubias zurückgesetzt.
Wie Fig. 4 zeigt, ist durch die Aktivierung der Nachregelung der Katalysa
tor 18 innerhalb von 45 Sekunden wieder in der Lage, ordnungsgemäß die
Abgase zu katalysieren. Dies wurde auch durch mehrere Versuchsreihen
belegt, deren Ergebnisse in der nachfolgenden Tabelle 2 aufgelistet sind.
Bei diesen Versuchsreihen wurden die Umsatzraten des Katalysators 18
30 Sekunden lang während eines Closed-Loop-Betriebs mit einer Ge
schwindigkeit von etwa 50 km/h ermittelt, der auf einen Open-Loop-
Betrieb des Verbrennungsmotors 12 mit einer Geschwindigkeit von 70 km/h
folgte. So zeigen die verschiedenen Umsatzraten in Tabelle 2, daß
bei einer Deaktivierung der Nachregelung und einer gleichzeitigen Erhö
hung des Schaltpunktes Ubias auf den höheren Wert UDFCO die Umsatzra
ten des Katalysators 18 deutlich verbessert werden können.
Mit Hilfe der in den Versuchsreihen ermittelten Werte aus Tabelle 2 wur
den rechnerisch die durchschnittlichen Umsatzraten des Katalysators 18
bestimmt, die nachfolgend in der Tabelle 3 aufgeführt sind.
Versuchszyklus | |
durchschnittliche Umsatzrate NOx | |
Stadtzyklus normal | 97,5% |
Kurzzyklus unmittelbar nach Open-Loop-Betrieb | 90% |
Überlandzyklus normal | 98% |
Kurzzyklus unmittelbar nach Open-Loop-Betrieb | 90% |
Wie ein Vergleich der Werte aus Tabelle 3 mit den Werten aus Tabelle 1
zeigt, kann durch das Deaktivieren der Nachregelung die Umsatzrate bei
der Umwandlung von Stickoxiden deutlich verbessert werden. Des weiteren
haben die Versuchsreihen gezeigt, daß die Umsatzraten der anderen
Abgasbestandteile, nämlich die Umsatzraten bei der Umwandlung von
Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in keiner Weise beeinflußt wor
den sind, wie Tabelle 2 zeigt, obwohl der Schaltpunkt der ersten
Lambdasonde 22 angehoben worden ist.
Insgesamt wird durch das erfindungsgemäße Verfahren erreicht, daß der
Katalysator 18 innerhalb kürzerer Zeit durch die Deaktivierung der Nach
regelung und das Anheben des Schaltpunktes der ersten Lambdasonde 22
der Katalysator 18 schneller seine maximalen Umsatzraten erreicht. Da
durch kann der Katalysator bei gleichbleibender Umsatzrate eine geringe
re Kapazität aufweisen, als bei Verwendung eines herkömmlichen Rege
lungsverfahrens ohne Deaktivierung der Nachregelung, da der Katalysator
bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht mehr über eine
entsprechend erhöhte Speicherkapazität für den entstehenden Sauerstoff
ausgelegt sein muß.
10
Anordnung
12
Verbrennungsmotor
14
Vorschalldämpfer
16
Abgasanlage
18
Katalysator
20
Mittelschalldämpfer
22
erste Lambdasonde
24
zweite Lambdasonde
26
Motorsteuerung
28
Einspritzanlage
30
Kraftstoffleitung
32
Ansaugstutzen
U1
U1
erste Sondenspannung
U2
U2
zweite Sondenspannung
λ Luftverhältnis
t1
λ Luftverhältnis
t1
erster Zeitraum
Umin
Umin
unterer Schwellenwert
Ubias
Ubias
aktueller Schaltpunkt
UDFCO
UDFCO
vorgegebener Schaltpunkt
Umax
Umax
oberer Schwellenwert
t2
t2
zweiter Zeitraum
Claims (12)
1. Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei ei
nem Verbrennungsmotor (12), dessen Abgase einem Katalysator (18)
zugeführt werden, wobei bei dem Verfahren
von einer Motorsteuerung (26) das Signal (U1) eines in Strömungs richtung des Abgases gesehen vor dem Katalysator (18) angeordne ten ersten Abgassensors (22) und das Signal (U2) eines in Strö mungsrichtung gesehen nach dem Katalysator (18) angeordneten zweiten Abgassensors (24) erfaßt wird,
die Motorsteuerung (26) während eines Closed-Loop-Betriebsmodus des Verbrennungsmotors (12) basierend auf dem Signal (U1) des er sten Abgassensors (22) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Ver brennungsmotor (12) zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches auf ein vorgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, und
die Motorsteuerung (26) bei einer Abweichung des eingestellten Luft- Kraftstoff-Verhältnisses von einem stöchiometrischen Massenver hältnis das Signal (U2) des zweiten Abgassensors (24) zur Nachre gelung des eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das stöchiometrische Massenverhältnis verwendet,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach einem Betrieb des Verbrennungsmotors (12) in einem Open-Loop-Betriebsmodus, bei dem die Motorsteuerung (26) auch ein vom stöchiometrischen Massenverhältnis abweichendes Ein stellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vornimmt, während eines nachfolgenden Betriebes des Verbrennungsmotors (12) im Closed- Loop-Betriebsmodus die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhält nisses mit Hilfe des Signals (U2) des zweiten Abgassensors (24) zeit weise deaktiviert werden kann.
von einer Motorsteuerung (26) das Signal (U1) eines in Strömungs richtung des Abgases gesehen vor dem Katalysator (18) angeordne ten ersten Abgassensors (22) und das Signal (U2) eines in Strö mungsrichtung gesehen nach dem Katalysator (18) angeordneten zweiten Abgassensors (24) erfaßt wird,
die Motorsteuerung (26) während eines Closed-Loop-Betriebsmodus des Verbrennungsmotors (12) basierend auf dem Signal (U1) des er sten Abgassensors (22) das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dem Ver brennungsmotor (12) zugeführten Luft-Kraftstoff-Gemisches auf ein vorgegebenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis einstellt, und
die Motorsteuerung (26) bei einer Abweichung des eingestellten Luft- Kraftstoff-Verhältnisses von einem stöchiometrischen Massenver hältnis das Signal (U2) des zweiten Abgassensors (24) zur Nachre gelung des eingestellten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf das stöchiometrische Massenverhältnis verwendet,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach einem Betrieb des Verbrennungsmotors (12) in einem Open-Loop-Betriebsmodus, bei dem die Motorsteuerung (26) auch ein vom stöchiometrischen Massenverhältnis abweichendes Ein stellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses vornimmt, während eines nachfolgenden Betriebes des Verbrennungsmotors (12) im Closed- Loop-Betriebsmodus die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhält nisses mit Hilfe des Signals (U2) des zweiten Abgassensors (24) zeit weise deaktiviert werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses während des
nachfolgenden Closed-Loop-Betriebsmodus des Verbrennungsmo
tors (12) dann zeitweise deaktiviert wird, wenn der Verbrennungs
motor (12) während des Open-Loop-Betriebsmodus mit einem mage
ren Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben wurde, bei dem die Luftmenge
des Luft-Kraftstoff-Gemisches über der stöchiometrisch erforderli
chen Luftmenge liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nur dann
deaktiviert wird, wenn das vom zweiten Abgassensor (24) an die
Motorsteuerung (26) abgegebene Signal (U2) einen Wert annimmt,
der unter einem vorgegebenen minimalen Schwellenwert (Umin) liegt.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Motorsteuerung (26) nur innerhalb eines vorgegebenen er
sten Zeitraumes (t1) überprüft, ob der Wert des vom zweiten Abgas
sensor (24) abgegebenen Signals (U2) unter dem vorgegebenen mi
nimalen Schwellenwert (Umin) liegt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses nach der
Deaktivierung wieder aufgenommen wird, wenn das vom zweiten
Abgassensor (24) an die Motorsteuerung (26) abgegebene Signal (U2)
einen Wert annimmt, der über einem vorgegebenen maximalen
Schwellenwert (Umax) liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erst nach
Ablauf einer vorgegebenen zweiten Zeitdauer (t2) wieder aufgenom
men wird, nachdem die Motorsteuerung (26) erfaßt hat, daß der
Wert des vom zweiten Abgassensor (24) an die Motorsteuerung (26)
abgegebenen Signals (U2) über dem vorgegebenen maximalen
Schwellenwert (Umax) liegt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die das Signal (U1) des ersten Abgassensors (22) erfassende
Motorsteuerung (26) während des Closed-Loop-Betriebsmodus des
Verbrennungsmotors (12) zur Beurteilung, ob das Luft-Kraftstoff-
Gemisch mit Luft oder Kraftstoff angereichert werden muß, einen
aktuellen Schaltpunkt (Ubias) definiert, bei dessen Überschreiten
durch den Wert des Signals (U1) des ersten Abgassensors (22) das
Luft-Kraftstoff-Gemisch mit Luft und bei dessen Unterschreiten
durch den Wert des Signals (U1) des ersten Abgassensors (22) das
Luft-Kraftstoff-Gemisch mit Kraftstoff angereichert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß, sobald die Nachregelung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses de
aktiviert wird, der aktuelle Schaltpunkt (Ubias) von der Motorsteue
rung (26) auf einen vorgegebenen Schaltpunkt (UDFCO) eingestellt
wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der aktuelle Schaltpunkt (Ubias) nur dann auf den vorgegebenen
Schaltpunkt (UDFCO) eingestellt wird, wenn der Betrag des aktuellen
Schaltpunktes (Ubias) unter dem Betrag des vorgegebenen Schalt
punktes (UDFCO) liegt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß jeder Abgassensor eine Lambdasonde (22, 24) ist, an der in Ab
hängigkeit vom Sauerstoffgehalt des Abgases eine Spannung (U1, U2)
anliegt, die von der Motorsteuerung (26) zum Bestimmen des Luft-
Kraftstoff-Verhältnisses abgegriffen wird.
11. Verfahren nach den Ansprüchen 7 und 10, 8 und 10 oder 9 und 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der aktuelle Schaltpunkt durch einen Spannungswert (Ubias)
definiert ist, der von der Motorsteuerung (26) mit der abgegriffenen
Spannung (U1) der ersten Lambdasonde (22) verglichen wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgegebene Schaltpunkt ein zweiter Spannungswert
(UDFCO) ist, mit dem die Motorsteuerung (26) den ersten Span
nungswert (Ubias) gegebenenfalls ersetzt und mit der an der ersten
Lambdasonde (22) abgegriffenen Spannung (U1) vergleicht.
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000104416 DE10004416A1 (de) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor |
DE50110087T DE50110087D1 (de) | 2000-02-02 | 2001-01-15 | Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor |
EP20010100840 EP1122415B1 (de) | 2000-02-02 | 2001-01-15 | Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000104416 DE10004416A1 (de) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10004416A1 true DE10004416A1 (de) | 2001-08-09 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000104416 Withdrawn DE10004416A1 (de) | 2000-02-02 | 2000-02-02 | Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor |
DE50110087T Expired - Lifetime DE50110087D1 (de) | 2000-02-02 | 2001-01-15 | Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE50110087T Expired - Lifetime DE50110087D1 (de) | 2000-02-02 | 2001-01-15 | Verfahren zum Einstellen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bei einem Verbrennungsmotor |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP1122415B1 (de) |
DE (2) | DE10004416A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006017863B3 (de) * | 2006-04-18 | 2007-03-22 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Verfahren zum Einstellen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors |
WO2007118444A1 (de) * | 2006-04-18 | 2007-10-25 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Verfahren zum einstellen des luft-/kraftstoffverhältnisses eines verbrennungsmotors |
DE102007062657A1 (de) | 2007-12-24 | 2009-06-25 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Verfahren zum Einstellen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3613570A1 (de) * | 1985-04-22 | 1986-10-23 | Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa | Rueckkopplungssteuersystem fuer das luft/kraftstoff-verhaeltnis, geeignet zum zeitweiligen steuern mit offener regelschleife bei uebergangszustaenden |
DE3700401C2 (de) * | 1986-01-10 | 1989-05-11 | Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa, Jp | |
DE4316857A1 (de) * | 1992-05-19 | 1993-12-02 | Nippon Denso Co | Magerverbrennungs-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0331547A (ja) * | 1989-06-27 | 1991-02-12 | Mitsubishi Motors Corp | 内燃機関の空燃比制御装置 |
JP3348434B2 (ja) * | 1991-05-17 | 2002-11-20 | トヨタ自動車株式会社 | 内燃機関の空燃比制御装置 |
US5282360A (en) * | 1992-10-30 | 1994-02-01 | Ford Motor Company | Post-catalyst feedback control |
-
2000
- 2000-02-02 DE DE2000104416 patent/DE10004416A1/de not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-01-15 DE DE50110087T patent/DE50110087D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2001-01-15 EP EP20010100840 patent/EP1122415B1/de not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3613570A1 (de) * | 1985-04-22 | 1986-10-23 | Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa | Rueckkopplungssteuersystem fuer das luft/kraftstoff-verhaeltnis, geeignet zum zeitweiligen steuern mit offener regelschleife bei uebergangszustaenden |
DE3700401C2 (de) * | 1986-01-10 | 1989-05-11 | Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa, Jp | |
DE4316857A1 (de) * | 1992-05-19 | 1993-12-02 | Nippon Denso Co | Magerverbrennungs-Steuersystem für eine Brennkraftmaschine |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102006017863B3 (de) * | 2006-04-18 | 2007-03-22 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Verfahren zum Einstellen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors |
WO2007118444A1 (de) * | 2006-04-18 | 2007-10-25 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Verfahren zum einstellen des luft-/kraftstoffverhältnisses eines verbrennungsmotors |
US7706959B2 (en) | 2006-04-18 | 2010-04-27 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Method for adjusting the air/fuel ratio of an internal combustion engine |
DE102007062657A1 (de) | 2007-12-24 | 2009-06-25 | Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr | Verfahren zum Einstellen des Luft-/Kraftstoffverhältnisses eines Verbrennungsmotors |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP1122415B1 (de) | 2006-06-14 |
DE50110087D1 (de) | 2006-07-27 |
EP1122415A3 (de) | 2003-10-29 |
EP1122415A2 (de) | 2001-08-08 |
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