Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasstrang ein Dreiwege ^¬ katalysator mit Lambdaregelung angeordnet ist. In Bezug auf die Emissionen von Brennkraftmaschinen werden immer strengere Anforderungen gestellt. Dies betrifft auch den Einsatz von geregelten Dreiwegekatalysatoren, mittels denen in bekannter Weise die Oxidation von CO und C _m H _n und die Reduktion von NO _x parallel zueinander durchgeführt werden. Voraussetzung dafür ist ein konstant stöchiometrisches KraftstoffVerhältnis (Lambda = 1) . Ein derartiger Dreiwegekatalysator kann daher nur bei Fahrzeugen mit Ottomotor und Lambdaregelung eingesetzt werden.

Neben einer Lambdasonde stromauf des Dreiwegekatalysators zur Lambdaregelung wird hierbei ferner eine Lambdasonde stromab des Dreiwegekatalysators zur Überwachung der Funktionsweise des Katalysators eingesetzt. Damit sowohl die NO _x - als auch die C02/HC-Emessionen minimiert werden, ist somit eine entsprechend genaue Lambdaregelung bzw. Katalysatorüberwachung von großer Bedeutung.

Wie erwähnt, ist es hierbei bekannt, eine Lambdasonde stromauf des Dreiwegekatalysators und eine Lambdasonde stromab des Dreiwegekatalysators zu verwenden. Die Lambdaregelung nach dem Katalysator wird dabei durch Vorgabe eines Sollwertes für das Spannungssignal (Binärsignal) der Lambdasonde realisiert. Beispielsweise wird ein Sollwert von 750 mV mit einer Bandbreite von ± 20 mV vorgegeben. Innerhalb dieses Bereiches wird der Lambdasollwert stromauf des Katalysators nicht durch das Bi- närsignal der Lambdasonde stromab des Katalysators korrigiert. Außerhalb dieses Bereiches wird der Lambdasollwert stromauf des Katalysators korrigiert, und zwar in Abhängigkeit von der Spannungsdifferenz zwischen dem Sollwert und dem gemessenen Wert stromab des Dreiwegekatalysators. Wenn sich der Messwert unter dem Sollwert befindet, wird der Lambdasollwert stromauf des Katalysators in Richtung auf fett reduziert. Wenn sich der Messwert über dem Sollwert befindet, wird der Lambdasollwert stromauf des Katalysators in die Richtung mager erhöht.

Es kann auch von Vorteil sein, den Sollwert der Lambdasonde (des Binärsensors) beispielsweise über 750 mV einzustellen, um einen NO _x -Durchbruch auf bessere Weise verhindern zu können. Bei einer höheren Binärspannung kann jedoch eine Spannungsänderung zu einer größeren Lambdaverschiebung führen, und die Genauigkeit des Lambdawertes stromab des Dreiwegekatalysators kann über den Binärspannungswert der Sonde nicht mehr garantiert werden. Dies kann zu einer höheren Lambdadrift in Richtung auf fett führen, was eine höhere HC- und CO-Emission bewirkt. Die bekannte Vorgehensweise ist daher mit Ungenauigkeiten behaftet.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem sich die Emissionen eines Dreiwegekatalysators besonders genau steuern lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst: - Anordnen eines NO _x -Sensors mit integrierter Lambdasonde stromab des Dreiwegekatalysators; - Erzeugen eines einen Lambdawert nach dem Dreiwegekata ^¬ lysator wiedergebenden elektrischen Signals mit dem NO _x -Sensor ;

- Festlegen eines Schwellenwertes des elektrischen Signals und Bestimmen eines Lambdasollwertes stromauf des Drei ^¬ wegekatalysators mithilfe der Differenz zwischen dem Sollwert des elektrischen Signals nach dem Dreiwegeka ^¬ talysator und dem gemessenen elektrischen Signal, wenn das gemessene elektrische Signal unter dem Schwellenwert liegt;

- wenn das gemessene elektrische Signal über dem Schwel ^¬ lenwert liegt, Bestimmen des Lambdasollwertes stromauf des Dreiwegekatalysators mithilfe der Differenz zwischen einem NH ₃ -Sollwert des NO _x -Sensors und dem gemessenen NH ₃ -Signal des NO _x -Sensors ; und

- wenn die gemessene NH ₃ -Konzentration höher ist als der NH ₃ -Sollwert , Erhöhen des Lambdasollwertes stromauf des Dreiwegekatalysators und, wenn die gemessene

NH ₃ -Konzentration niedriger ist als der NH ₃ -Sollwert , Reduzieren des Lambdasollwertes stromauf des Dreiwege ^¬ katalysators .

Bei der vorliegenden Erfindung wird ein für die Emissionssteuerung wichtiger Lambdasollwert stromauf eines Dreiwege ^¬ katalysators durch kombinierte Messung eines Lambdawertes und NH ₃ -Wertes durch einen NO _x -Sensor mit integrierter Lambdasonde stromab des Dreiwegekatalysators bestimmt bzw . festgelegt. Durch die genaue Festlegung dieses Lambdasollwertes vor dem Drei ^¬ wegekatalysator kann Lambda nach dem Katalysator in einem genau definierten Bereich gehalten werden, um die NO _x - und

C0 ₂ /HC-Emissionen zu minimieren. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird unterhalb eines Schwellenwertes des den Lambdawert wiedergebenden elektrischen Signals (Binärsignals) , der beispielsweise auf 650 mV fest ^¬ gesetzt wird, der Lambdasollwert stromauf des Dreiwegekata- lysators durch die Differenz zwischen dem Sollwert des elektrischen Signals für den Lambdawert und dem gemessenen Lambdawert (Binärsignal) bestimmt. Über einem Schwellenwert des entsprechenden Lambdasignals (Binärsignals), d.h. beispiels ^¬ weise über 650 mV, wird der Lambdasollwert stromauf des Ka- talysators j edoch auf andere Weise bestimmt , nämlich mithilfe der Differenz zwischen einem NH ₃ -Sollwert , der beispielsweise in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur auf 10 ppm festgelegt wird, des NO _x -Sensors und dem gemessenen NH ₃ -Signal des

NO _x -Sensors. Die nach dem Dreiwegekatalysator anfallende NH ₃ -Menge wird daher erfindungsgemäß zu Steuerungszwecken verwendet, da in einem fetten Gemischzustand H ₃ durch den Dreiwegekatalysator erzeugt wird und das NH ₃ -Signal in Bezug auf den Lambdawert nach dem Dreiwegekatalysator sehr sensitiv ist. NH ₃ kann dabei ebenfalls mit dem NO _x -Sensor gemessen werden.

In diesem Bereich wird nunmehr der Lambdasollwert vor dem Dreiwegekatalysator in Abhängigkeit von der vorstehend erwähnten Differenz variiert, und zwar wird der Lambdasollwert vor dem Dreiwegekatalysator auf mager hin erhöht, wenn die gemessene NH ₃ -Konzentration höher ist als der NH ₃ -Sollwert . Wenn im Gegensatz dazu die gemessene NH ₃ -Konzentration geringer ist als der NH ₃ -Sollwert , wird der Lambdasollwert vor dem Dreiwegekata ^¬ lysator auf fett hin reduziert. In weiterer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der NH ₃ -Sollwert adaptiert, da über die Lebensdauer des Dreiwe ^¬ gekatalysators bei gleichem Lambdawert infolge Alterung des Katalysators die NH ₃ -Erzeugung zurückgehen und die NO _x -Durch- bruchswahrscheinlichkeit ansteigen kann. Der NH ₃ -Sollwert kann dabei beispielsweise in der folgenden Weise adaptiert werden:

Der Sollwert des elektrischen Signals wird bei quasistatischen Bedingungen langsam in Richtung auf einen niedrigen Spannungswert vom tatsächlichen Spannungswert reduziert, und der Lambdasollwert vor dem Dreiwegekatalysator wird über die Differenz zwischen dem Sollwert des elektrischen Signals und dem tatsächlichen Signal eingeregelt. Die Geschwindigkeit der Reduzierung kann hier beispielsweise 40 mV pro sec in Richtung der niedrigen Spannung (beispielsweise 400 mV) betragen.

Gleichzeitig kann das NO _x -Signal vom NOx-Sensor gemessen und aufgrund der Reduktion der NH ₃ -Konzentration kontinuierlich auf ein Minimum reduziert werden und dann durch die höhere

Durchbruchswahrscheinlichkeit der NO _x -Konzentration durch den Katalysator wieder erhöht werden, wobei der Minimalwert des NO _x -Signals für die Adaption und auch die Diagnose des Drei ^¬ wegekatalysators verwendet werden kann. Der NH ₃ -Sollwert entspricht dabei dem Minimalwert und einer Differenz (Delta, beispielsweise 10 ppm) . Bei einem neuen Katalysator sollte der Minimalwert 0 betragen.

Wenn der Minimalwert über einem Schwellenwert liegt, bei- spielsweise 70 ppm (in Abhängigkeit von der Temperatur) , wird der Katalysator als defekt diagnostiziert.

Um die Genauigkeit des NO _x -Sensors bei einer niedrigen Kon ^¬ zentration zu erhöhen, wird vorzugsweise das Offset des

NO _x -Sensors während einer Absperrung der Kraftstoffzufuhr oder eines Motorstopps adaptiert, wobei während dieser Phase das NO _x -Signal kontinuierlich beobachtet wird, bis ein stabiler Minimalwert erreicht ist, und wobei dieser Wert benutzt wird, um ein NO _x -Signalkennfeld zu adaptieren, da in diesem Fall das NO _x -Ausgangssignal 0 sein sollte. Das NO _x -Signalkennfeld ent ^¬ spricht hierbei der Korrelation zwischen dem Strom des

NO _x -Sensors und dem NO _x -Konzentrationsausgangssignal . Die einzige Figur zeigt in einem Diagramm das NO _x -Signal und das binäre Lambdasignal von einem NO _x -Sensor mit integrierter Lambdasonde, der nach einem Dreiwegekatalysator im Abgasstrang eines Ottomotors angeordnet ist. Auf der Abszisse ist hierbei der Lambdawert nach dem Dreiwegekatalysator eingetragen. Die Or- dinate gibt das NO _x -Signal in ppm sowie das binäre Lamb- dasensorsignal in mV wieder.

Im fetten Bereich des Lambdasignals ist ein Schwellenwert des Lambdasignals von 750 mV angegeben. Unterhalb dieses Schwel- lenwertes, d.h. unterhalb 750 mV, wird der Lambdasollwert vor dem Katalysator durch die Differenz zwischen dem Sollwert des Binärsignals und dem gemessenen Binärsignal bestimmt. Oberhalb dieses Schwellenwertes von 750 mV wird der Lambdasollwert vor dem Katalysator durch die Differenz zwischen einem NH ₃ -Sollwert , der hier mit 10 ppm angegeben ist, des NO _x -Sensors und dem gemessenen NH ₃ -Signal des NO _x -Sensors bestimmt. Wenn die gemessene

NH ₃ -Konzentratin höher ist als der NH ₃ -Sollwert , wird der Lambdasollwert vor dem Katalysator auf mager erhöht. Wenn die Konzentration niedriger ist als der NH ₃ -Sollwert , wird der Lambdasollwert auf fett verringert.

Durch eine kombinierte Messung eines Lambdawertes und eines NH-Wertes durch einen NO _x -Sensor mit integrierter Lambdasonde stromab des Dreiwegekatalysators lässt sich somit eine besonders genaue Festlegung des Lambdasollwertes vor dem Katalysator erreichen .

Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Brennkraftma ^¬ schine, in deren Abgasstrang ein Dreiwegekatalysator mit Lambdaregelung angeordnet ist, wobei ein NO _x -Sensor mit integrierter Lambdasonde stromab des Dreiwegekatalysators an ^¬ geordnet ist, der zur Erzeugung eines einen Lambdawert nach dem Dreiwegekatalysator wiedergebenden elektrischen Signals und zur Erzeugung eines die NH ₃ -Konzentration im Abgas wiedergebenden NH ₃ -Signals ausgebildet und zur Weiterleitung dieser Signale an eine Steuereinrichtung ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist bei der Brennkraftmaschine der stromab des Dreiwegekatalysators angeordnete NO _x -Sensor zur Erzeugung eines die NO _x -Konzentration im Abgas wiedergebenden NO _x -Signals und zur Weiterleitung dieses Signals an die Steuereinrichtung ausgebildet .