DE10014238A1

DE10014238A1 - Guiding regulation of stoichiometrical operation of IC engine with front lambda probe in exhaust pipe near to engine and downsteam probe are arranged

Info

Publication number: DE10014238A1
Application number: DE2000114238
Authority: DE
Inventors: Hermann Hahn; Steffen Goerner; Michael Daetz
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2000-03-22
Filing date: 2000-03-22
Publication date: 2001-09-27

Abstract

The method for the guiding regulation is carried out and using an engine control unit (30) and a control unit (32), a NOx signal of the NOx sensitive measuring unit and the lambda values of the two lambda probes are determined. Depending on the lambda value at the front lambda probe (18) a composition of an air-fuel mixture to be ignited is influenced whilst desired regulating values are specified for suitable adjusting medium (lambda regulation). The desired regulating values are monitored depending on the lambda value at the rear lambda probe (20) and the NOx signal of the NOx measuring unit and in certain cases are regulated (guide regulation).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Führungsregelung eines stöchiometrischen Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen.The invention relates to a device and a method for guiding control of a stoichiometric operation of an internal combustion engine with the in the Features mentioned independent claims.

Während eines Verbrennungsvorgangs eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Verbrennungskraftmaschine entstehen in unterschiedlichen Anteilen Schadstoffkomponenten, wie Kohlenmonoxid CO, unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe HC oder Stickoxide NO_x. Um die Emissionen derartiger Schadstoffe möglichst gering zu halten, ist es bekannt, im Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine sogenannte 3-Wege-Katalysatoren anzuordnen. Der 3- Wege-Katalysator unterstützt einerseits eine Oxidation der Reduktionsmittel CO und HC mit Sauerstoff und andererseits eine Reduktion von NO_x mit den Reduktionsmitteln CO und HC. In einem stöchiometrischen Betriebspunkt (λ = 1) sind die Schadstoffmassenströme der einzelnen Schadstoffkomponenten derart aufeinander abgestimmt, dass eine besonders hohe Konvertierungsrate und damit eine geringe Gesamtemission gewährleistet ist.During the combustion process of an air-fuel mixture in the internal combustion engine, pollutant components such as carbon monoxide CO, incompletely burned hydrocarbons HC or nitrogen oxides NO _x are formed in different proportions. In order to keep the emissions of such pollutants as low as possible, it is known to arrange so-called 3-way catalysts in the exhaust gas duct of the internal combustion engine. The 3-way catalyst supports on the one hand an oxidation of the reducing agents CO and HC with oxygen and on the other hand a reduction of NO _x with the reducing agents CO and HC. At a stoichiometric operating point (λ = 1), the pollutant mass flows of the individual pollutant components are matched to one another in such a way that a particularly high conversion rate and thus a low overall emission is guaranteed.

Zur Einstellung beziehungsweise Aufrechterhaltung eines stöchiometrischen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine ist es ferner bekannt, mit geeigneten Stellmitteln eine Zusammensetzung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu beeinflussen. Als Stellmittel kommen beispielsweise in Frage eine Drosselklappe, ein Kraftstoffeinspritzsystem oder eine Abgasrückführeinrichtung. Die jeweils den Stellmitteln vorgegebenen Stellgrößen werden bei herkömmlichen Verfahren anhand eines Signals einer im Abgaskanal angeordneten Lambdasonde bestimmt. Die zumeist motornah angeordnete Lambdasonde liefert ein Signal für einen Sauerstoffpartialdruck im Abgas. Ein Gemischzustand der Verbrennungskraftmaschine wird dann so geregelt, dass möglichst genau ein Sauerstoffpartialdruck vorliegt, an dem aus Erfahrungswerten auf eine weitestgehend stöchiometrische Zusammensetzung geschlossen wird. To set or maintain stoichiometric operation the internal combustion engine it is also known to use a suitable adjusting means Influencing the composition of the air-fuel mixture. As a means of positioning For example, a throttle valve, a fuel injection system or an exhaust gas recirculation device. The manipulated variables specified in each case for the actuating means are in conventional methods based on a signal one in the exhaust duct arranged lambda probe determined. The mostly arranged close to the engine Lambda sensor provides a signal for an oxygen partial pressure in the exhaust gas. On The mixture state of the internal combustion engine is then regulated in such a way that it is as possible Exactly one partial pressure of oxygen is present, which is based on empirical values largely stoichiometric composition is closed.

Übliche Katalysatoren besitzen eine Sauerstoffspeicherfähigkeit, das heißt, wenn das Abgas lokal mager wird, kann in begrenztem Umfang der überschüssige Sauerstoff im Katalysator gebunden werden. Diese Eigenschaft führt dazu, dass auch geringe Schwankungen der Abgaszusammensetzung vom Katalysator toleriert werden können, ohne dass es zu einem Austritt von Schadstoffen kommt. Eine Folge hiervon ist, dass als Regelpunkt für die Verbrennungskraftmaschine in der Regel nicht der exakte (λ = 1)-Punkt verwendet wird, sondern eine leicht fette, zum Beispiel 1 bis 2 Promille darunter liegende Einstellung gefahren wird. Ferner kann es sinnvoll sein, den Regelpunkt vom Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine abhängig zu machen.Conventional catalysts have an oxygen storage capacity, that is, if that Exhaust gas becomes lean locally, to a limited extent the excess oxygen in the Be bound catalyst. This property also causes minor Fluctuations in the exhaust gas composition can be tolerated by the catalytic converter without the emission of pollutants. One consequence of this is that the control point for the internal combustion engine is usually not the exact one (λ = 1) point is used, but a slightly bold, for example 1 to 2 parts per thousand underlying setting is driven. It may also be useful to To make the control point dependent on the operating point of the internal combustion engine.

Zur Korrektur der Genauigkeit dieser Lambdaregelung wird oftmals auf eine zusätzliche, hinter dem Katalysator angeordnete Lambdasonde zurückgegriffen. In der Regel handelt es sich hierbei um eine Sprungsonde, die im Bereich um λ = 1 sehr exakt mit hoher Auflösung den Sauerstoffpartialdruck messen kann. Das Signal dieser Sonde wird genutzt, um einen Sollregelwert der vorderen Sonde zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren. Dies bezeichnet man als Führungsregelung. Trotzdem ist die Genauigkeit der Lambdaregelung insbesondere mit gealtertem Katalysator und/oder Sonden unbefriedigend, da es immer wieder zu teils erheblichen Abweichungen vom tatsächlichen stöchiometrischen Betriebspunkt kommt.To correct the accuracy of this lambda control, an additional, Lambda probe arranged behind the catalyst. Usually acts it is a jump probe that is very precise with high in the range around λ = 1 Resolution can measure the oxygen partial pressure. The signal from this probe will used to check a setpoint of the front probe and if necessary to correct. This is known as a management regulation. Even so, the accuracy Lambda control especially with aged catalyst and / or probes unsatisfactory, as there are always considerable deviations from the actual stoichiometric operating point comes.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit denen die Genauigkeit der Lambdaregelung verbessert und insbesondere auf ihre Wirksamkeit hin überprüft werden kann. Ferner soll eine Korrektur des Lambdawertes ermöglicht werden, der zur Regeleinstellung beim Wechsel in den stöchiometrischen Betrieb vorgegeben wird.The object of the present invention is therefore to provide an apparatus and a method for To provide with which the accuracy of the lambda control is improved and in particular, its effectiveness can be checked. Furthermore, a correction should be made of the lambda value, which is used to set the control when changing to the stoichiometric operation is specified.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Vorrichtung und das Verfahren zur Führungsregelung eines stöchiometrischen Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine mit den in den unabhängigen Ansprüchen genannten Merkmalen gelöst. Im Abgaskanal der Verbrennungskraftmaschine ist zunächst eine motornahe vordere Lambdasonde, nachfolgend zumindest ein 3-Wege-Katalysator und weiter stromab eine hintere Lambdasonde sowie eine NO_x-sensitive Messeinrichtung angeordnet. Nach dem Verfahren werden
According to the invention, this object is achieved by the device and the method for guiding control of a stoichiometric operation of an internal combustion engine with the features mentioned in the independent claims. In the exhaust gas duct of the internal combustion engine, a front lambda sensor near the engine is first arranged, followed by at least a 3-way catalytic converter and further downstream a rear lambda sensor and a NO _x -sensitive measuring device. After the procedure

a) durch ein Steuergerät ein NO_x-Signal der NO_x-sensitiven Messeinrichtung und ein Lambdawert an den beiden Lambdasonden erfasst, a) a control unit detects a NO _x signal from the NO _x sensitive measuring device and a lambda value on the two lambda probes,
b) in Abhängigkeit vom Lambdawert an der vorderen Lambdasonde eine Zusammensetzung eines zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisches beeinflusst, indem Sollregelwerte für geeignete Stellmittel vorgegeben werden (Lambdaregelung) undb) depending on the lambda value on the front lambda sensor Composition of an air-fuel mixture to be burned influenced by specifying target control values for suitable actuators (Lambda control) and
c) die Sollregelwerte in Abhängigkeit vom Lambdawert der hinteren Lambdasonde und dem NO_x-Signal der NO_x-Messeinrichtung überprüft und gegebenenfalls korrigiert (Führungsregelung).c) the target control values as a function of the lambda value of the rear lambda sensor and the NO _x signal of the NO _x -Messeinrichtung checked and corrected if necessary (management control).

Die Vorrichtung umfasst dabei Mittel, mit denen die vorgenannten Verfahrensschritte durchgeführt werden können. Diese Mittel umfassen insbesondere das Steuergerät, in dem eine Prozedur in digitalisierter Form hinterlegt ist, deren Ausführung die vorgenannte Führungsregelung ermöglicht. Das Steuergerät kann Teil eines zumeist bereits vorhandenen Motorsteuergeräts sein, ist aber auch als selbstständige Einheit realisierbar. Weiterhin können die hintere Lambdasonde und die NO_x-sensitive Messeinrichtung in ihrer Funktion - nämlich der Erfassung eines Sauerstoffpartialdruckes beziehungsweise einer NO_x-Konzentration - durch einen entsprechend modifizierten, modernen NO_x-Sensor ersetzt werden.The device comprises means with which the aforementioned method steps can be carried out. These means include, in particular, the control unit in which a procedure is stored in digitized form, the execution of which enables the aforementioned control regulation. The control unit can be part of a mostly already existing engine control unit, but can also be implemented as an independent unit. Furthermore, the function of the rear lambda sensor and the NO _x -sensitive measuring device - namely the detection of an oxygen partial pressure or a NO _x concentration - can be replaced by a correspondingly modified, modern NO _x sensor.

Mit steigendem Lambdawert und NO_x-Signal wird der Gradient positiv. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt eine Änderung des Luft-Kraftstoff- Gemisches in Richtung einer fetteren Atmosphäre, wenn
The gradient becomes positive as the lambda value and NO _x signal increase. In a preferred embodiment of the method, the air / fuel mixture changes in the direction of a richer atmosphere, if

- die Gradienten für das NO_x-Signal und den Lambdawert positiv sind oder- The gradients for the NO _x signal and the lambda value are positive or
- die Gradienten für das NO_x-Signal und den Lambdawert negativ sind.- The gradients for the NO _x signal and the lambda value are negative.

Dagegen erfolgt eine Änderung in Richtung einer magereren Atmosphäre, wenn
On the other hand, there is a change towards a leaner atmosphere if

- der Gradient für das NO_x-Signal negativ und der Gradient für den Lambdawert positiv sind oder- The gradient for the NO _x signal is negative and the gradient for the lambda value is positive or
- der Gradient für das NO_x-Signal positiv und der Gradient für den Lambdawert negativ sind.- The gradient for the NO _x signal is positive and the gradient for the lambda value is negative.

Weiterhin ist es bevorzugt, die Lambdaregelung so lange aufrecht zu erhalten, bis ein vorgegebener Sollwert für das NO_x-Signal erreicht ist. Alternativ oder in Kombination kann auch ein Schwellenwert für den Gradienten des NO_x-Signals gesetzt werden, dessen Unterschreiten ein Ende der Lambdaregelung markiert (Endsignale). Ferner ist es bevorzugt, ein einmal korrigiertes Signal auch für die Lambdaregelung in nachfolgenden Betriebsphasen zu nutzen. So kann ein Lambdasignal an der vorderen Sonde, das beim Vorliegen eines Endsignales gemessen wird, als (λ = 1)- Regeleinstellung beim Wechsel in den stöchiometrischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine verwendet werden (Korrektur des stöchiometrischen Betriebspunktes).Furthermore, it is preferred to maintain the lambda control until a predetermined target value for the NO _x signal is reached. Alternatively or in combination, a threshold value can also be set for the gradient of the NO _x signal, the shortfall of which marks an end of the lambda control (end signals). It is also preferred to use a signal that has been corrected once for lambda control in subsequent operating phases. For example, a lambda signal on the front probe, which is measured when an end signal is present, can be used as a (λ = 1) control setting when changing to the stoichiometric operation of the internal combustion engine (correction of the stoichiometric operating point).

Weiterhin ist es bevorzugt, die Lambdaregelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne einzuleiten, so dass ein Einfluss von Totzeiten kompensiert werden kann. Bevorzugt ist auch, die Führungsregelung des Luft-Kraftstoff- Gemisches nur innerhalb vorgegebener Bereichsgrenzen für den Lambdawert an der vorderen Sonde und/oder den Lambdawert an der Sonde stromab des 3-Wege- Katalysators durchzuführen. Die Bereichsgrenzen für die vordere Sonde werden dabei bevorzugt innerhalb eines Lambdabereichs von 0,9 bis 1,1, insbesondere 0,98 bis 1,02, gesetzt. Die Bereichsgrenzen für die hintere Sonde liegen innerhalb eines Lambdabereiches von 0,9 bis 1,1, insbesondere 0,98 bis 1,02.Furthermore, it is preferred that the lambda control of the air / fuel mixture only after Initiate expiry of a predetermined period of time, so that an influence of dead times can be compensated. It is also preferred that the control regulation of the air-fuel Mixtures only within specified range limits for the lambda value at the front probe and / or the lambda value on the probe downstream of the 3-way Perform catalyst. The range limits for the front probe are thereby preferably within a lambda range of 0.9 to 1.1, in particular 0.98 to 1.02, set. The range limits for the rear probe are within one Lambda range from 0.9 to 1.1, in particular 0.98 to 1.02.

Ferner ist es bevorzugt, einen Umfang eines Regelungseingriffs während der Lambdaregelung in Abhängigkeit von einer Größe des Gradienten des NO_x-Signals oder durch Vorgabe eines festen Regelwertes zu bestimmen. Insgesamt soll durch vorgenannte Maßnahmen eine Übersteuerung möglichst ausgeschlossen werden. Darüber hinaus wird bevorzugterweise das NO_x-Signal vor der Führungsregelung gefiltert und/oder über einen vorgegebenen Zeitraum gemittelt, so dass Schwankungen, insbesondere bei gealterten NO_x-Messeinrichtungen, kompensiert werden können.It is further preferred to determine a scope of a control intervention during lambda control as a function of a size of the gradient of the NO _x signal or by specifying a fixed control value. Overall, overriding should be avoided as far as possible by the aforementioned measures. In addition, the NO _x signal is preferably filtered before the guidance control and / or averaged over a predetermined period of time, so that fluctuations, in particular in the case of aged NO _x measuring devices, can be compensated for.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred refinements of the invention result from the remaining ones in the features mentioned in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention is described in an exemplary embodiment with reference to drawings explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Abgasreinigungsanlage und Fig. 1 is a schematic diagram of an internal combustion engine with an exhaust gas cleaning system and

Fig. 2 einen hypothetischen Verlauf eines NO_x-Signals stromab eines 3-Wege- Katalysators im Bereich eines stöchiometrischen Betriebspunktes der Verbrennungskraftmaschine. Fig. 2 shows a hypothetical profile of a NO _x signal downstream of a 3-way catalyst in the range of a stoichiometric operating point of the internal combustion engine.

Die Fig. 1 zeigt in einer schematischen Skizze eine Verbrennungskraftmaschine 10 mit einer nachgeordneten Abgasreinigungsanlage 12. Die Abgasreinigungsanlage 12 umfasst unter anderem einen im Abgaskanal 14 angeordneten 3-Wege-Katalysator 16. Mit Hilfe des Katalysators 16 können die während eines Verbrennungsvorgangs eines Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Verbrennungskraftmaschine 10 entstehenden Schadstoffe in weniger umweltrelevante Produkte konvertiert werden. Dabei unterstützt der Katalysator 16 einerseits eine Oxidation von Reduktionsmitteln, wie Kohlenmonoxid CO und unvollständig verbrannte Kohlenwasserstoffe HC, und andererseits eine Reduktion von Stickoxiden NO_x durch die Reduktionsmittel CO und HC. In einem stöchiometrischen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 10 sind die resultierenden Schadstoffmassenströme und Sauerstoffanteile am Abgas besonders günstig, um eine sehr hohe Konvertierungsrate zu gewähren. Fig. 1 shows a schematic sketch of an internal combustion engine 10 having a downstream exhaust gas purification system 12. The exhaust gas purification system 12 includes, among other things, a 3-way catalytic converter 16 arranged in the exhaust gas duct 14 . With the help of the catalytic converter 16 , the pollutants which arise during a combustion process of an air-fuel mixture in the internal combustion engine 10 can be converted into less environmentally relevant products. The catalyst 16 supports on the one hand an oxidation of reducing agents, such as carbon monoxide CO and incompletely burned hydrocarbons HC, and on the other hand a reduction of nitrogen oxides NO _x by the reducing agents CO and HC. At a stoichiometric operating point of the internal combustion engine 10 , the resulting pollutant mass flows and oxygen fractions in the exhaust gas are particularly favorable in order to ensure a very high conversion rate.

Der Abgasreinigungsanlage 12 ist ferner eine Sensorik zugeordnet, die es ermöglicht, eine Zusammensetzung des Abgases in ausgewählten Bereichen des Abgaskanals 14 zu erfassen. Die Sensorik umfasst in diesem Falle eine vordere Lambdasonde 18 sowie stromab des Katalysators 16 eine weitere, hintere Lambdasonde 20 und eine NO_x- sensitive Messeinrichtung 22. Die Lambdasonde 18 kann eine Sprung- oder Breitbandsonde sein, während für das nachfolgend noch näher geschilderte Führungsregelungsverfahren stromab des Katalysators 16 lediglich eine Sprungsonde notwendig ist. Als NO_x-sensitive Messeinrichtung 22 kann ein NO_x-Sensor vorgesehen sein. Gegebenenfalls ist es möglich, die Komponenten 20, 22 zusammen zu fassen, da moderne NO_x-Sensoren sowohl eine Erfassung eines Sauerstoffpartialdruckes als auch einer NO_x-Konzentration im Abgas ermöglichen.A sensor system is also assigned to the exhaust gas purification system 12 , which makes it possible to detect a composition of the exhaust gas in selected areas of the exhaust gas duct 14 . In this case, the sensor system comprises a front lambda probe 18 and, downstream of the catalytic converter 16, a further, rear lambda probe 20 and a NO _x -sensitive measuring device 22 . The lambda probe 18 can be a jump or broadband probe, while only a jump probe is necessary for the guidance control method described in more detail below, downstream of the catalytic converter 16 . As NO _x -sensitive measuring device 22, a _NOx sensor may be provided. If necessary, it is possible to combine the components 20 , 22 , since modern NO _x sensors enable both an oxygen partial pressure and a NO _x concentration in the exhaust gas to be detected.

Des weiteren sind der Verbrennungskraftmaschine 10 Stellmittel zugeordnet, mit denen eine Zusammensetzung des zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisches beeinflussbar ist. Diese Stellmittel umfassen insbesondere eine Abgasrückführeinrichtung 24, ein hier nicht dargestelltes Einspritzsystem und eine Drosselklappe 26 in einem Ansaugrohr 28 der Verbrennungskraftmaschine 10. Über ein Motorsteuergerät 30 kann mit Hilfe der genannten Stellmittel eine Lambdaregelung durch Vorgabe von Sollregelwerten erfolgen. Derartige Verfahren sind bekannt und sollen daher an dieser Stelle nicht näher erläutert werden. Furthermore, the internal combustion engine 10 is assigned actuating means with which a composition of the air-fuel mixture to be burned can be influenced. These adjusting means include in particular an exhaust gas recirculation device 24 , an injection system (not shown here) and a throttle valve 26 in an intake pipe 28 of the internal combustion engine 10 . A lambda control can be carried out via a motor control unit 30 with the aid of the above-mentioned adjusting means by specifying target control values. Such methods are known and are therefore not to be explained in more detail here.

In das Motorsteuergerät 30 integriert ist ein weiteres Steuergerät 32. Das Steuergerät 32 kann aber auch als selbstständige Einheit realisiert werden. In dem Steuergerät 32 ist eine Prozedur in digitalisierter Form hinterlegt, deren Ausführung die nachfolgend beschriebene Führungsregelung eines stöchiometrischen Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 10 ermöglicht.A further control unit 32 is integrated in the engine control unit 30 . The control unit 32 can also be implemented as an independent unit. A procedure is stored in digital form in the control unit 32 , the execution of which enables the guide control of a stoichiometric operation of the internal combustion engine 10 described below.

Soll die Verbrennungskraftmaschine 10 unter stöchiometrischen Bedingungen betrieben werden, um eben eine möglichst hohe Konvertierungsrate im Katalysator 16 sicher zu stellen, so wird durch das Steuergerät 32 zunächst ein Lambdawert an der vorderen Sonde 18 erfasst und anhand dieses Wertes ein Sollregelwert durch die Steilmittel vorgegeben (Lambdaregelung). Im Weiteren werden die Sollregelwerte in Abhängigkeit vom Lambdawert an der hinteren Lambdasonde 20 und einem NO_x-Signal der NO_x- Messeinrichtung 22 überprüft und gegebenenfalls korrigiert (Führungsregelung).If the internal combustion engine 10 is to be operated under stoichiometric conditions in order to ensure that the conversion rate in the catalytic converter 16 is as high as possible, the control unit 32 first detects a lambda value on the front probe 18 and uses this value to specify a setpoint control value by the steep slope means (lambda control ). Furthermore, the target control values are checked as a function of the lambda value on the rear lambda probe 20 and a NO _x signal from the NO _x measuring device 22 and corrected if necessary (master control).

Die Fig. 2 zeigt einen Verlauf eines NO_x-Signals, das durch die NO_x-Messeinrichtung 22 im Bereich eines stöchiometrischen Betriebspunktes (λ = 1) der Verbrennungskraftmaschine 10 zur Verfügung gestellt wird. Marktübliche NO_x- Messeinrichtungen 22 besitzen prinzipbedingt eine Querempfindlichkeit zu Ammoniak NH₃. NH₃ entsteht so gut wie gar nicht bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoff- Gemisches, sondern wird im Katalysator 16 erzeugt, wenn dort unterstöchiometrisches Abgas vorliegt (λ < 1). Dies bedeutet für den Bereich um λ = 1, dass hinter einem funktionierenden 3-Wege-Katalysator 16 bei exakt λ = 1 weder NO_x noch NH₃ im Abgas vorliegen. Das NO_x-Signal der NO_x-Messeinrichtung 22 ist daher nahe dem Nullpunkt. Wird das Abgas mager, so überwiegen im Katalysator 16 die lokal mageren Zonen, in denen nur wenig NO_x konvertiert werden kann. Der Gehalt an NO_x im Abgas steigt und ebenso als Reaktion darauf das NO_x-Signal der NO_x-Messeinrichtung 22. Wird das Abgas fett, so entsteht NH₃ im Katalysator 16. Das austretende NH₃ wird von der NO_x- Messeinrichtung 22 ebenfalls gemessen und das NO_x-Signal steigt. Daher ist sowohl das NO_x-Signal als auch der Lambdawert an der Sonde 20 zur Überprüfung des Sollregelwertes und gegebenenfalls zur Korrektur desselben und damit zur Führungsregelung geeignet. FIG. 2 is a graph showing an NO _x signal, the _x by the NO -Messeinrichtung 22 in the region of a stoichiometric operating point (λ = 1) of the internal combustion engine 10 is made available. In principle, commercially available NO _x measuring devices 22 have a cross sensitivity to ammonia NH ₃ . NH ₃ hardly ever occurs during the combustion of the air-fuel mixture, but is generated in the catalytic converter 16 when there is substoichiometric exhaust gas (λ <1). For the range around λ = 1, this means that behind a functioning 3-way catalytic converter 16, with exactly λ = 1, there is neither NO _x nor NH ₃ in the exhaust gas. The NO _x signal of the NO _x measuring device 22 is therefore close to the zero point. If the exhaust gas becomes lean, the locally lean zones in which only a little NO _x can be converted predominate in the catalytic converter 16 . The content of NO _x in the exhaust gas increases and, in response, the NO _x signal of the NO _x measuring device 22 . If the exhaust gas becomes rich, NH _{3 is formed} in the catalytic converter 16 . The emerging NH ₃ is also measured by the NO _x measuring device 22 and the NO _x signal rises. Therefore, both the NO _x signal and the lambda value on the probe 20 are suitable for checking the target control value and, if necessary, for correcting it and thus for guiding control.

Wird beispielsweise ein in Abhängigkeit von der Sonde 18 ermittelter Sollregelwert vorgegeben - dessen Realisierung allerdings nur zu einem Betriebszustand führt, der leicht unterstöchiometrisch ist - so kann eine Einstellung des tatsächlichen, stöchiometrischen Betriebszustandes anhand der Gradienten der Sensoren 20, 22 erfolgen. Der Gradient des NO_x-Signals in einem vorgegebenen Messzeitraum kann dabei entweder negativ oder positiv sein. Ein positiver Gradient liegt vor, wenn das Signal ansteigt. In eben gleicher Weise kann der Lambdawert an der hinteren Sonde 20 bewertet werden. Hier ist der Gradient positiv, wenn der Lambdawert steigt. Die Lambdaregelung wird nun derart durchgeführt, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch in Richtung einer fettereren Atmosphäre verstellt wird, wenn
If, for example, a setpoint value determined as a function of the probe 18 is specified - but its implementation only leads to an operating state that is slightly sub-stoichiometric - the actual, stoichiometric operating state can be set using the gradients of the sensors 20 , 22 . The gradient of the NO _x signal in a given measurement period can be either negative or positive. There is a positive gradient when the signal rises. The lambda value on the rear probe 20 can be evaluated in exactly the same way. Here the gradient is positive when the lambda value increases. The lambda control is now carried out in such a way that the air / fuel mixture is adjusted in the direction of a richer atmosphere when

- die Gradienten für das NO_x-Signal und den Lambdawert negativ sind oder- The gradients for the NO _x signal and the lambda value are negative or
- die Gradienten für das NO_x-Signal und den Lambdawert positiv sind.- The gradients for the NO _x signal and the lambda value are positive.

In den beiden verbleibenden Kombinationsmöglichkeiten erfolgt eine Änderung des Luft- Kraftstoff-Gemisches in Richtung einer magereren Atmosphäre.In the two remaining combination options, the air Fuel mixture towards a leaner atmosphere.

Ein Umfang eines Regelungseingriffes während der Lambdaregelung kann entweder in Abhängigkeit von einer Größe des Gradienten des NO_x-Signals oder durch Vorgabe eines festen Regelwertes bestimmt werden. Die Lambdaregelung wird so lange aufrecht erhalten, bis der Gradient des NO_x-Signals kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert wird. Alternativ oder in Kombination dazu wird mit Erreichen eines Sollwertes davon ausgegangen, dass der stöchiometrische Betriebspunkt erreicht ist (Endsignale).A scope of a control intervention during the lambda control can be determined either as a function of a size of the gradient of the NO _x signal or by specifying a fixed control value. The lambda control is maintained until the gradient of the NO _x signal becomes smaller than a predetermined threshold value. Alternatively or in combination, when a setpoint is reached, it is assumed that the stoichiometric operating point has been reached (end signals).

Wird wie in diesem Fall das Endsignal im Punkt M bei einem Lambdawert der Sonde 18 ungleich von λ = 1 erreicht, so kann zusätzlich eine Korrektur des stöchiometrischen Betriebspunktes vorgesehen sein. Zur (λ = 1)-Regeleinstellung beim Wechsel in den stöchiometrischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 in allen nachfolgenden Betriebsphasen dient dann der Lambdawert im Punkt M.If, as in this case, the end signal at point M is reached with a lambda value of the probe 18 not equal to λ = 1, a correction of the stoichiometric operating point can additionally be provided. The lambda value at point M then serves for the (λ = 1) control setting when changing to the stoichiometric operation of internal combustion engine 10 in all subsequent operating phases.

Eine solche Führungsregelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches kann noch auf bestimmte Bereichsgrenzen für den Lambdawert an der vorderen Sonde 18 und den Lambdawert an der Lambdasonde 20 stromab des Katalysators 16 eingeschränkt werden. So kann beispielsweise die Bereichsgrenze für die Sonde 18 durch die Grenzwerte G_v,f und G_v,m beziehungsweise für die Sonde 20 durch die Grenzwerte G_h,f und G_h,m bestimmt werden. Liegen die Lambdawerte außerhalb der genannten Bereichsgrenzen, so wird die Führungsregelung unterdrückt. Weiterhin kann die Lambdaregelung erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne initiiert werden, um die Totzeiten nach einem Regeleingriff weitestgehend zu kompensieren. Insbesondere bei älteren NO_x- Messeinrichtungen 22 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, das NO_x-Signal vor der Führungsregelung zu filtern und gegebenenfalls über einen vorgegebenen Zeitraum zu mitteln. Such guidance control of the air-fuel mixture can still be restricted to certain range limits for the lambda value at the front probe 18 and the lambda value at the lambda probe 20 downstream of the catalytic converter 16 . For example, the range limit for the probe 18 can be determined by the limit values G _{v, f} and G _{v, m} or for the probe 20 by the limit values G _{h, f} and G _{h, m} . If the lambda values lie outside the range limits mentioned, the master control is suppressed. Furthermore, the lambda control can only be initiated after a predetermined period of time has elapsed in order to largely compensate for the dead times after a control intervention. In the case of older NO _x measuring devices 22 in particular, it has proven to be advantageous to filter the NO _x signal before the guidance control and, if necessary, to average it over a predetermined period of time.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SIGN LIST

1010th

Verbrennungskraftmaschine
Internal combustion engine

1212th

Abgasreinigungsanlage
Emission control system

1414

Abgaskanal
Exhaust duct

1616

3-Wege-Katalysator
3-way catalytic converter

1818th

Lambdasonde (vordere)
Lambda sensor (front)

2020th

Lambdasonde (hintere)
Lambda sensor (rear)

2222

Messeinrichtung (NO_x Measuring device (NO _x

)
)

2424th

Abgasrückführeinrichtung
Exhaust gas recirculation device

2626

Drosselklappe
throttle

2828

Ansaugrohr
Intake pipe

3030th

Motorsteuergerät
Engine control unit

3232

Steuergerät
M Punkt zur Regeleinstellung
G_v,f Control unit
M point for rule setting
G _{v, f}

Grenzwert (Sonde Limit (probe

1818th

, fett)
G_v,m , fat)
G _{v, m}

Grenzwert (Sonde Limit (probe

1818th

, mager)
G_h,m , skinny)
G _{h, m}

Grenzwert (Sonde Limit (probe

2020th

, mager)
G_h,f , skinny)
G _{h, f}

Grenzwert (Sonde Limit (probe

2020th

, fett)
λ Lambdawert
, fat)
λ lambda value

Claims

1. Verfahren zur Führungsregelung eines stöchiometrischen Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine, in deren Abgaskanal zunächst eine motornahe, vordere Lambdasonde, nachfolgend zumindest ein 3-Wege-Katalysator, und weiter stromab eine hintere Lambdasonde sowie eine NO_x-sensitive Messeinrichtung angeordnet sind, und bei dem

a) durch ein Steuergerät ein NO_x-Signal der NO_x-sensitiven Messeinrichtung und die Lambdawerte an den beiden Lambdasonden erfasst werden,
b) in Abhängigkeit vom Lambdawert an der vorderen Lambdasonde eine Zusammensetzung eines zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisches beeinflusst wird, indem Sollregelwerte für geeignete Steilmittel vorgegeben werden (Lambdaregelung) und
c) die Sollregelwerte in Abhängigkeit vom Lambdawert an der hinteren Lambdasonde und dem NO_x-Signal der NO_x-Messeinrichtung überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden (Führungsregelung).

1.Method for guiding control of a stoichiometric operation of an internal combustion engine, in the exhaust gas channel of which a first, near-engine, front lambda probe, subsequently at least a 3-way catalytic converter, and further downstream a rear lambda probe and a NO _x -sensitive measuring device are arranged, and in which

a) a NO _x signal of the NO _x- sensitive measuring device and the lambda values on the two lambda probes are recorded by a control device,
b) depending on the lambda value on the front lambda probe, a composition of an air-fuel mixture to be burned is influenced by specifying target control values for suitable steep means (lambda control) and
c) checks the target control values as a function of the lambda value at the rear lambda sensor and the NO _x signal of the NO _x -Messeinrichtung and corrected if necessary (management control).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Änderung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in Richtung einer fetteren Atmosphäre erfolgt, wenn

- die Gradienten für das NO_x-Signal und den Lambdawert positiv sind oder
- die Gradienten für das NO_x-Signal und den Lambdawert negativ sind,

und eine Änderung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in Richtung einer magereren Atmosphäre erfolgt, wenn

- der Gradient für das NO_x-Signal negativ und der Gradient für den Lambdawert positiv sind oder
- der Gradient für das NO_x-Signal positiv und der Gradient für den Lambdawert negativ sind.

2. The method according to claim 1, characterized in that a change in the air-fuel mixture takes place in the direction of a richer atmosphere when

- The gradients for the NO _x signal and the lambda value are positive or
the gradients for the NO _x signal and the lambda value are negative,

and a change in the air-fuel mixture towards a leaner atmosphere occurs when

- The gradient for the NO _x signal is negative and the gradient for the lambda value is positive or
- The gradient for the NO _x signal is positive and the gradient for the lambda value is negative.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lambdaregelung so lange aufrecht erhalten wird, bis ein vorgegebener Sollwert für das NO_x-Signal erreicht ist und/oder bis der Gradient des NO_x-Signals kleiner als ein Schwellenwert wird (Endsignal).3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the lambda control is maintained until a predetermined target value for the NO _x signal is reached and / or until the gradient of the NO _x signal is less than a threshold value becomes (end signal).

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lambdasignal an der vorderen Sonde, das beim Erreichen des Endsignales auftritt, zur (λ = 1)- Regeleinstellung beim Wechsel in den stöchiometrischen Betrieb der Verbrennungskraftmaschine in nachfolgenden Betriebsphasen genutzt wird (Korrektur des stöchiometrischen Betriebspunktes).4. The method according to claim 3, characterized in that a lambda signal the front probe, which occurs when the end signal is reached, to (λ = 1) - Rule setting when changing to stoichiometric operation of the Internal combustion engine is used in subsequent operating phases (Correction of the stoichiometric operating point).

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lambdaregelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erst nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne eingeleitet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the lambda control of the air-fuel mixture only after a predetermined period of time is initiated.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsregelung des Luft-Kraftstoff-Gemisches nur innerhalb vorgegebener Bereichsgrenzen für den Lambdawert an der vorderen Sonde und/oder den Lambdawert an der Lambdasonde stromab des 3-Wege-Katalysators durchgeführt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that that the guidance regulation of the air-fuel mixture is only within predefined range limits for the lambda value on the front probe and / or the lambda value on the lambda probe downstream of the 3-way catalytic converter is carried out.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereichsgrenzen für die vordere Sonde innerhalb eines Lambdabereiches von λ = 0,9 bis 1,1, insbesondere λ = 0,98 bis 1,02, gesetzt werden.7. The method according to claim 6, characterized in that the range limits for the front probe within a lambda range of λ = 0.9 to 1.1, in particular λ = 0.98 to 1.02.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereichsgrenzen für die hintere Sonde innerhalb eines Lambdabereiches von λ = 0,9 bis 1,1, insbesondere λ = 0,98 bis 1,02, gesetzt werden.8. The method according to any one of claims 6 or 7, characterized in that the Range limits for the rear probe within a lambda range of λ = 0.9 to 1.1, in particular λ = 0.98 to 1.02, can be set.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Umfang eines Regelungseingriffs während der Lambdaregelung entweder in Abhängigkeit von einer Größe des Gradienten des NO_x-Signals oder durch Vorgabe eines festen Regelwertes bestimmt wird. 9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a scope of a control intervention during lambda control is determined either as a function of a size of the gradient of the NO _x signal or by specifying a fixed control value.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das NO_x-Signal vor der Führungsregelung gefiltert und/oder über einen vorgegebenen Zeitraum gemittelt wird.10. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the NO _x signal is filtered before the guidance control and / or averaged over a predetermined period.

11. Vorrichtung zur Führungsregelung eines stöchiometrischen Betriebs einer Verbrennungskraftmaschine, in deren Abgaskanal zunächst eine motornahe, vordere Lambdasonde, nachfolgend zumindest ein 3-Wege-Katalysator, und weiter stromab eine hintere Lambdasonde sowie eine NO_x-sensitive Messeinrichtung angeordnet sind, und bei dem Mittel vorhanden sind, mit denen

a) durch ein Steuergerät ein NO_x-Signal der NO_x-sensitiven Messeinrichtung und die Lambdawerte an den beiden Lambdasonden erfasst werden,
b) in Abhängigkeit vom Lambdawert an der vorderen Lambdasonde eine Zusammensetzung eines zu verbrennenden Luft-Kraftstoff-Gemisches beeinflusst wird, indem Sollregelwerte für geeignete Stellmittel vorgegeben werden (Lambdaregelung) und
c) die Sollregelwerte in Abhängigkeit vom Lambdawert an der hinteren Lambdasonde und dem NO_x-Signal der NO_x-Messeinrichtung überprüft und gegebenenfalls korrigiert werden (Führungsregelung).

11.Device for guiding control of a stoichiometric operation of an internal combustion engine, in the exhaust gas channel of which a first, near-engine, front lambda probe, subsequently at least a 3-way catalytic converter, and further downstream a rear lambda probe and a NO _x -sensitive measuring device are arranged, and with the means are present with those

a) a NO _x signal of the NO _x- sensitive measuring device and the lambda values on the two lambda probes are recorded by a control device,
b) depending on the lambda value on the front lambda probe, a composition of an air-fuel mixture to be burned is influenced by specifying target control values for suitable actuating means (lambda control) and
c) checks the target control values as a function of the lambda value at the rear lambda sensor and the NO _x signal of the NO _x -Messeinrichtung and corrected if necessary (management control).

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel ein das NO_x-Signal und die Lambdawerte erfassendes Steuergerät (32) umfassen, in dem eine Prozedur zur Führungsregelung eines stöchiometrischen Betriebs in digitalisierter Form hinterlegt ist.12. The apparatus according to claim 11, characterized in that the means comprise a control unit ( 32 ) which detects the NO _x signal and the lambda values and in which a procedure for the control of a stoichiometric operation is stored in digital form.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (32) Teil eines Motorsteuergeräts (30) ist.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the control unit ( 32 ) is part of an engine control unit ( 30 ).