DE102018219978B3

DE102018219978B3 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102018219978B3
Application number: DE102018219978.7A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2019-11-21
Anticipated expiration: 2038-11-23

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine (2) und einem Abgastrakt (3), in welchem ein Speicherkatalysator (12) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine (2), eine erste Lambdasonde (13) stromaufwärts des Speicherkatalysators (12) sowie eine zweite Lambdasonde (14) stromabwärts des Speicherkatalysators (12) angeordnet sind, wobei ein Lambdawert zur Regelung einer Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine (2) sowie ein Sauerstoffbefüllungszustand eines Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators (12) aus einem Messsignal der ersten Lambdasonde (13) ermittelt werden. Dabei ist vorgesehen, dass ein Messsignal der zweiten Lambdasonde (14) bei Vorliegen innerhalb eines bestimmten Wertebereichs zum Bestimmen eines Offsetwerts für das Messsignal der ersten Lambdasonde mittels einer Trimmregelung und bei Vorliegen außerhalb des bestimmten Wertebereichs zum Festlegen des Sauerstoffbefüllungszustands auf einen bestimmten Wert verwendet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine und einem Abgastrakt, in welchem ein Speicherkatalysator zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine, eine erste Lambdasonde stromaufwärts des Speicherkatalysators sowie eine zweite Lambdasonde stromabwärts des Speicherkatalysators angeordnet sind, wobei ein Lambdawert zur Regelung einer Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine sowie ein Sauerstoffbefüllungszustand eines Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators aus einem Messsignal der ersten Lambdasonde ermittelt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2016 220 850 B3 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit einem Antriebsaggregat und einer Abgasreinigungseinrichtung, wobei die Abgasreinigungseinrichtung einen von einem Abgasstrom des Antriebsaggregats durchströmbaren Katalysator sowie eine stromaufwärts des Katalysators in dem Abgasstrom angeordnete erste Lambdasonde und eine stromabwärts des Katalysators in dem Abgasstrom angeordnete zweite Lambdasonde aufweist, wobei ein Sauerstoffbefüllungswert eines Sauerstoffspeichers des Katalysators anhand eines von der ersten Lambdasonde bereitgestellten ersten Lambdasignals sowie einem Offsetwert bestimmt wird.
Während eines Kalibrierungsschritts wird ein Sauerstoffbefüllungswert auf einen einem leeren Sauerstoffspeicher entsprechenden ersten Wert oder auf einen einem vollen Sauerstoffspeicher entsprechenden zweiten Wert gesetzt, der Sauerstoffbefüllungswert auf einen Vorgabebefüllungswert eingestellt und der Offsetwert anhand des zweiten Lambdasignals angepasst. Dabei ist vorgesehen, dass nach dem Kalibrierungsschritt ein Lambdasignalverlauf des zweiten Lambdasignals überwacht und bei Feststellen eines Extremwerts in dem Lambdasignalverlauf der Kalibrierungsschritt wiederholt wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile ausweist, insbesondere die Durchführung sowohl einer Trimmregelung als auch einer Bilanzierung des Sauerstoffbefüllungszustands, jeweils mit hoher Genauigkeit, ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass ein Messsignal der zweiten Lambdasonde bei Vorliegen innerhalb eines bestimmten Wertebereichs zum Bestimmen eines Offsetwerts für das Messsignal der ersten Lambdasonde mittels einer Trimmregelung und bei Vorliegen außerhalb des bestimmten Wertebereichs zum Festlegen des Sauerstoffbefüllungszustands auf einen bestimmten Wert verwendet wird.
Die Antriebseinrichtung dient beispielweise dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs, insbesondere also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Die Antriebseinrichtung verfügt zumindest über die Brennkraftmaschine und den Abgastrakt, durch welchen Abgas der Brennkraftmaschine abgeführt wird, insbesondere in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung. In dem Abgastrakt. liegt der Speicherkatalysator vor, welcher der Reinigung des Abgases der Brennkraftmaschine dient. Der Speicherkatalysator liegt beispielsweise in Form eines NO_x-Speicherkatalysators vor. Dem Abgastrakt wird das Abgas der Brennkraftmaschine, insbesondere das gesamte von der Brennkraftmaschine erzeugte Abgas, zugeführt. Das dem Abgastrakt zugeführte Abgas durchströmt den Speicherkatalysator, in welchem in dem Abgas enthaltene Schadstoffe in ungefährlichere Produkte umgesetzt werden, insbesondere durch Oxidation und/oder Reduktion der Schadstoffe.
Der Speicherkatalysator verfügt über einen Sauerstoffspeicher beziehungsweise arbeitet selbst als solcher. Das bedeutet, dass bei Vorliegen von magerem Abgas - also im Falle eines Sauerstoffüberschusses bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit Lambda größer als eins - Sauerstoff aus dem Abgas in den Sauerstoffspeicher übergeht und in diesem zwischengespeichert wird. Liegt dagegen fettes Abgas - resultierend aus einem Betrieb der Brennkraftmaschine bei Kraftstoffüberschuss mit Lambda kleiner als eins - vor, so wird dem Sauerstoffspeicher zuvor gespeicherter Sauerstoff entnommen. Auf diese Weise wird zumindest über einen bestimmten Zeitraum sichergestellt, dass das zur Abgasreinigung notwendige stöchiometrische Verhältnis mit Lambda gleich eins wenigstens näherungsweise in dem Speicherkatalysator bereitgestellt werden kann.
Die Antriebseinrichtung verfügt über wenigstens zwei Lambdasonden, nämlich die erste Lambdasonde und die zweite Lambdasonde. Die erste Lambdasonde ist stromaufwärts des Speicherkatalysators angeordnet, sodass mit ihrer Hilfe der Sauerstoffgehalt in dem Abgas an dieser Stelle ermittelt werden kann. Die erste Lambdasonde ist zu diesem Zweck derart angeordnet, dass sie wenigstens bereichsweise in das Abgas hineinragt beziehungsweise mit dem Abgas in Fluidverbindung steht, beispielsweise von dem Abgas überströmt wird. Die zweite Lambdasonde ist dagegen stromabwärts des Speicherkatalysators angeordnet und dient insoweit dem Ermitteln des Sauerstoffgehalts in dem Abgas an dieser Stelle. Ebenso wie die erste Lambdasonde ragt die zweite Lambdasonde wenigstens bereichsweise in das Abgas hinein beziehungsweise steht mit diesem in Fluidverbindung, sodass sie insbesondere von dem Abgas überströmt wird. Beispielsweise ist die erste Lambdasonde als Breitbandlambdasonde und die zweite Lambdasonde als Sprunglambdasonde ausgeführt.
Das Messsignal der ersten Lambdasonde wird zur Regelung der Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine herangezogen. Insoweit ergibt sich die Zusammensetzung des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs als Funktion des Messsignals der ersten Lambdasonde. Um einen eventuellen Fehler, insbesondere einen Offsetfehler, der ersten Lambdasonde auszugleichen, wird der Lambdawert, der schlussendlich der Regelung der Gemischzusammensetzung zugrunde gelegt wird, beispielsweise aus dem Messsignal der ersten Lambdasonde und dem Offsetwert ermittelt. Insbesondere ergibt sich der Lambdawert aus der Summe von Messsignal und Offsetwert. Auf diese Art und Weise kann die Genauigkeit der Regelung der Gemischzusammensetzung deutlich verbessert werden. Alternativ kann der Offsetwert auch zur Korrektur der Gemischzusammensetzung verwendet werden, nachdem diese mittels der Regelung ermittelt wurde.
Der Offsetwert kann beispielsweise anhand eines Messsignals der zweiten Lambdasonde ermittelt werden, insbesondere im Rahmen der Trimmregelung. Entsprechend wird also das Messsignal der zweiten Lambdasonde herangezogen, um einen Fehler der ersten Lambdasonde zu ermitteln und schlussendlich zu korrigieren. Weil jedoch das Abgas stromabwärts der Lambdasonde zunächst den Speicherkatalysator durchlaufen muss, bevor es die zweite Lambdasonde erreicht, reagiert letztere zunächst sehr träge auf eine Veränderung der Abgaszusammensetzung, nicht zuletzt aufgrund der Speicherfähigkeit, insbesondere der Sauerstoffspeicherfähigkeit, des Speicherkatalysators. Zum Speichern beziehungsweise Zwischenspeichern des Sauerstoffs weist der Speicherkatalysator den Sauerstoffspeicher auf.
Aufgrund der trägen Reaktion kann die Trimmregelung lediglich sehr langsam, also mit einer großen Zeitkonstante, durchgeführt werden, um einen stabilen Regelkreis zu gewährleisten. Das bedeutet jedoch, dass der Offsetwert nur sehr langsam zum Ausgleichen des Messfehlers der ersten Lambdasonde angepasst werden kann. Entsprechend verursacht dieser Messfehler zunächst eine unerwünschte Abweichung in der Gemischzusammensetzung, welcher zu erhöhten Schadstoffemissionen der Antriebseinrichtung führen kann. Die Trimmregelung ist beispielsweise eine PI-Regelung, also eine Trimmregelung mittels eines PI-Reglers. Alternativ kann die Trimmregelung eine PID-Trimmregelung sein.
Zusätzlich zu dem Lambdawert zur Regelung der Gemischzusammensetzung wird der Sauerstoffbefüllungszustand des Sauerstoffspeichers aus dem Messsignal der ersten Lambdasonde sowie - optional - dem Offsetwert ermittelt. Anhand des Messsignals der ersten Lambdasonde wird - bei magerem Abgas - die Menge des pro Zeiteinheit in den Speicherkatalysator eintretenden Sauerstoffs ermittelt, insbesondere unter zusätzlicher Verwendung eines Abgasmassenstroms. Der Abgasmassenstrom entspricht der Menge des Abgases, welche pro Zeiteinheit den Abgastrakt und insbesondere den Speicherkatalysator durchströmt. Liegt hingegen fettes Abgas vor, so wird berechnet oder zumindest abgeschätzt, wieviel Sauerstoff aus dem Sauerstoffspeicher des Speicherkatalysators durch das Abgas ausgetragen wird.
In anderen Worten wird unter Verwendung des Messsignals der ersten Lambdasonde eine Sauerstoffbilanzierung zur Bestimmung des Sauerstoffbefüllungszustands des Sauerstoffspeichers durchgeführt. Der Sauerstoffbefüllungszustand beschreibt die Menge des in dem Sauerstoffspeicher vorliegenden Sauerstoffs, vorzugsweise bezogen auf einen Normierungswert. Dieser Normierungswert ist beispielsweise eine maximal in dem Sauerstoffspeicher zwischenspeicherbare Sauerstoffmenge, sodass der Sauerstoffbefüllungszustand Werte zwischen 0 % und 100 % annehmen kann. Es sei darauf hingewiesen, dass der beschriebene Sauerstoffbefüllungszustand ein berechneter beziehungsweise modellierter Wert ist, der idealerweise, jedoch nicht zwingenderweise mit dem tatsächlichen Sauerstoffbefüllungszustand des Sauerstoffspeichers übereinstimmt. Der (modellierte) Sauerstoffbefüllungszustand kann also zumindest zeitweise von dem tatsächlichen Sauerstoffbefüllungszustand abweichen.
Um die Genauigkeit sowohl der Ermittlung des Offsetwerts mittels der Trimmregelung als auch der Bestimmung des Sauerstoffbefüllungszustands zu verbessern, ist es nun vorgesehen, die Verwendung des Messsignals der zweiten Lambdasonde von seinem Wert abhängig zu machen. Liegt das Messsignal der zweiten Lambdasonde in dem bestimmten Wertebereich, so wird es der Trimmregelung zugrunde gelegt, beeinflusst jedoch nicht oder allenfalls mittelbar über die Trimmregelung und entsprechend den Offsetwert den Sauerstoffbefüllungszustand. Liegt das Messsignal jedoch außerhalb des Wertebereichs, so wird es zum Festlegen des Sauerstoffbefüllungszustands herangezogen, während die Trimmregelung unterbrochen wird.
In anderen Worten wird das Messsignal der zweiten Lambdasonde lediglich dann zur Durchführung der Trimmregelung herangezogen, wenn es in dem bestimmten Wertebereich liegt. Liegt es außerhalb des Wertebereichs, so wird die Trimmregelung unterbrochen, sodass entsprechend der Offsetwert zumindest nicht von der Trimmregelung beeinflusst wird. Der Wertebereich wird insbesondere derart festgelegt, dass das in dem Wertebereich liegende Messsignal der zweiten Lambdasonde eine besonders hohe Genauigkeit aufweist. Liegt hingegen das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des Wertebereichs, so kann davon ausgegangen werden, dass die Genauigkeit des Messsignals geringer ist. Entsprechend wird das Messsignal der zweiten Lambdasonde nur dann zur Trimmregelung herangezogen, sofern es eine hohe Genauigkeit aufweist.
Dies resultiert in einer hohen Genauigkeit des Offsetwerts und entsprechend in einer äußerst genauen Regelung der Gemischzusammensetzung. Trotz seiner geringeren Genauigkeit außerhalb des bestimmten Wertebereichs kann das Messsignal der zweiten Lambdasonde dennoch zum Festlegen des Sauerstoffbefüllungszustands herangezogen werden, weil hierzu lediglich eine Aussage notwendig ist, ob das Abgas deutlich fett oder deutlich mager ist. Insgesamt wird mit dem beschriebenen Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung also ein genaues Ermitteln sowohl der Gemischzusammensetzung als auch des Sauerstoffbefüllungszustands erreicht.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Trimmregelung ausgesetzt wird, solange das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Das Aussetzen der Trimmregelung kann dazu führen, dass der Offsetwert konstant bleibt, solange das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt. Es kann jedoch - alternativ - vorgesehen sein, den Offsetwert auf andere Art und Weise, also nicht mittels der Trimmregelung, anzupassen. Mit der beschriebenen Vorgehensweise wird eine besonders hohe Genauigkeit der Trimmregelung und damit des Offsetwerts erzielt.
Im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sauerstoffbefüllungszustand nur dann aus dem Messsignal der ersten Lambdasonde ermittelt wird, falls das Messsignal der zweiten Lambdasonde innerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass sich der Sauerstoffbefüllungszustand aus einer Sauerstoffbilanzierung ergibt, die anhand des Messsignals der ersten Lambdasonde und - optional - dem Offsetwert durchgeführt wird. Diese Sauerstoffbilanzierung unterbleibt, falls das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des Wertebereichs liegt. Vielmehr wird in diesem Fall der Sauerstoffbefüllungszustand vorzugsweise allein in Abhängigkeit von dem Messsignal der zweiten Lambdasonde ermittelt, sodass das Messsignal der ersten Lambdasonde ohne Berücksichtigung bleibt. Auch dies dient der Erzielung einer besonders hohen Genauigkeit, nämlich des Sauerstoffbefüllungszustands.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei Vorliegen des Messsignals der zweiten Lambdasonde auf einer ersten Seite des Wertebereichs ein erster Wert und bei Vorliegen des Messsignals der zweiten Lambdasonde auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Wertebereichs ein zweiter Wert als bestimmter Wert verwendet wird. Überschreitet also das Messsignal der zweiten Lambdasonde eine den Wertebereich auf der ersten Seite begrenzende erste Grenze, so wird der Sauerstoffbefüllungszustand auf den ersten Wert gesetzt. Dies gilt ebenso, falls das Messsignal der zweiten Lambdasonde auf der ersten Seite außerhalb des Wertebereichs vorliegt.
Überschreitet hingegen das Messsignal der zweiten Lambdasonde eine den Wertebereich auf der zweiten Seite begrenzende zweite Grenze, so wird der Sauerstoffbefüllungszustand auf den zweiten Wert gesetzt: Dies gilt wiederum ebenso, falls das Messsignal der zweiten Lambdasonde auf der zweiten Seite des Wertebereichs vorliegt. Der Wertebereich und damit sowohl die erste Grenze als auch die zweite Grenze sind bevorzugt derart gewählt, dass bei Verlassen des Wertebereichs darauf geschlossen werden kann, dass das stromabwärts des Speicherkatalysators vorliegende Abgas entweder vollständig fett oder vollständig mager ist, also zumindest deutlich von einem stöchiometrischen Verhältnis abweicht.
Hieraus kann geschlossen werden, dass der Sauerspeicher entweder vollständig gefüllt oder vollständig entleert ist, sodass dem Sauerstoffbefüllungszustand entsprechend der erste Wert oder der zweite Wert zugeordnet werden können. Hieraus resultiert eine hohe Genauigkeit des ermittelten Sauerstoffbefüllungszustands, weil dieser nicht mittels der Sauerstoffbilanzierung anhand des Messwerts der ersten Lambdasonde ermittelt wird, sondern aufgrund des Messsignals der zweiten Lambdasonde bestimmt wird.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass als der erste Wert ein einem vollständig gefüllten Sauerstoffspeicher entsprechender Wert und als der zweite Wert ein einem vollständig entleerten Sauerstoffspeicher entsprechender Wert verwendet wird. Dies wurde vorstehend bereits angedeutet. Verlässt das Messsignal der zweiten Lambdasonde den Wertebereich in Richtung der ersten Seite, so ist das stromabwärts des Speicherkatalysators vorliegende Abgas mager. Entsprechend ist der Sauerstoffspeicher vollständig gefüllt. Umgekehrt liegt stromabwärts des Speicherkatalysators fettes Abgas vor, falls das Messsignal der zweiten Lambdasonde den Wertebereich in Richtung der zweiten Seite verlässt. Es kann insoweit darauf geschlossen werden, dass der Sauerstoffspeicher vollständig entleert ist. Folgerichtig wird daher der Sauerstoffbefüllungszustand auf einen Wert gesetzt, der einem vollständig entleerten Sauerstoffspeicher entspricht. Aus dieser Vorgehensweise resultiert die hohe Genauigkeit bei der Ermittlung des Sauerstoffbefüllungszustands.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Sauerstoffbefüllungszustand unmittelbar anschließend auf das Festlegen auf den bestimmten Wert auf einen Vorgabebefüllungszustand geregelt wird. Der Vorgabebefüllungszustand ist derjenige Zustand, auf welchen der Sauerstoffspeicher des Speicherkatalysators eingestellt beziehungsweise geregelt werden soll. Er gibt mithin die Menge des Sauerstoffs an, welche nach dem Regeln in dem Sauerstoffspeicher zwischengespeichert sein soll. Liegt das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des bestimmten Wertebereichs, so wird ein Regelzeitraum eingeleitet, innerhalb welchem die Brennkraftmaschine derart angesteuert wird, dass sich der Sauerstoffbefüllungszustand in Richtung des Vorgabebefüllungszustands verändert.
Der Vorgabebefüllungszustand ist vorzugsweise von dem ersten Wert und dem zweiten Wert verschieden, beispielsweise liegt er mittig oder in etwa mittig zwischen ihnen. Der Vorgabebefüllungszustand entspricht also beispielsweise einem zur Hälfte mit Sauerstoff beladenen Sauerstoffspeicher. Es sei erneut angemerkt, dass der Sauerstoffbefüllungszustand einem theoretischen Befüllungszustand des Sauerstoffspeichers entspricht. Die tatsächlich in dem Sauerstoffspeicher vorliegende Sauerstoffmenge muss nicht zwingend dem Sauerstoffbefüllungszustand entsprechen, wenngleich dies idealerweise der Fall ist.
Das Betreiben der Brennkraftmaschine zum Regeln des Sauerstoffbefüllungszustands auf den Vorgabebefüllungszustand wird durch eine entsprechende Anpassung der Gemischzusammensetzung erzielt. Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die Trimmregelung vorzugsweise ausgesetzt wird, sofern das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt. In diesem Fall wird der Offsetwert nicht mithilfe der Trimmregelung ermittelt, sondern um den bestimmten Korrekturwert angepasst. Liegt das Messsignal der zweiten Lambdasonde innerhalb des bestimmten Wertebereichs, so wird der Offsetwert mittels der Trimmregelung bestimmt, sodass innerhalb des Wertebereichs eine zwar langsame, jedoch sehr genaue Regelung vorgenommen wird, womit der Offsetwert äußerst genau auf einen eventuellen Fehler der ersten Lambdasonde abgestimmt werden kann und insoweit eine genaue Korrektur des Messsignals der ersten Lambdasonde erfolgt.
Liegt dagegen das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des bestimmten Wertebereichs, so soll- eine lediglich grobe, dafür jedoch äußerst schnelle Anpassung des Offsetwerts vorgenommen werden. Zu diesem Zweck wird der Offsetwert mit dem bestimmten Korrekturwert angepasst. Beispielsweise wird der Korrekturwert zu dem bisherigen Offsetwert addiert, um einen neuen Offsetwert zu erhalten. Selbstverständlich ist jedoch auch eine Subtraktion möglich. Der Korrekturwert kann grundsätzlich beliebig gewählt werden. Beispielsweise ist er konstant. Alternativ ist jedoch auch ein variabler Korrekturwert realisierbar.
Es kann vorgesehen sein, dass der Offsetwert nur dann um den Korrekturwert angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde mindestens um einen bestimmten Differenzwert außerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt. Es kann also vorgesehen sein, dass das Anpassen lediglich erfolgt, wenn das Messsignal von der jeweils nächstliegenden Grenze des Wertebereichs um einen Betrag beabstandet ist, welcher zumindest dem bestimmten Differenzwert entspricht oder größer ist. Es kann vorgesehen sein, dass der Korrekturwert in Abhängigkeit von dem Messsignal der ersten Lambdasonde und/oder der zweiten Lambdasonde ermittelt wird. Beispielsweise wird der Korrekturwert umso größer gewählt, je weiter das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt. Größere Abweichungen bedeuten insoweit eine stärkere Korrektur beziehungsweise Anpassung des Offsetwerts. Somit kann der Offsetwert besonders schnell an die tatsächlichen Gegebenheiten beziehungsweise den Fehler der ersten Lambdasonde angepasst werden. Insgesamt wird hierdurch eine besonders genaue . Ermittlung des Offsetwerts und entsprechend eine sehr gute Korrektur eines Fehlers der ersten Lambdasonde möglich.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als erste Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde und/oder als zweite Lambdasonde eine Sprunglambdasonde verwendet wird. Die Sprunglambdasonde hat im Vergleich zu der Breitbandlambdasonde lediglich ein relativ kleines Lambdafenster, innerhalb welchem sich das jeweilige Messsignal verändert. Beispielsweise liegt das Lambdafenster der Sprunglambdasonde in einem Bereich von ungefähr 0,98 bis 1,02, innerhalb welchem sich das von der Lambdasonde gelieferte Messsignal verändert. Außerhalb dieses Lambdafensters bleibt das Messsignal dagegen konstant oder zumindest nahezu konstant.
Mithilfe der Breitbandlambdasonde kann dagegen ein Lambdafenster abgedeckt werden, welches um ein Mehrfaches größer ist als das Lambdafenster der Sprunglambdasonde. Beispielsweise liegt das Lambdafenster der Breitbandlambdasonde in einem Bereich, welcher von einer unteren Schranke und einer oberen Schranke begrenzt wird, wobei die untere Schranke beispielsweise bei 0,8 bis 0,9 und die obere Schranke bei 1,1 bis 1,2 liegt. Selbstverständlich können beide Lambdasonden entweder als Breitbandlambdasonde oder als Sprunglambdasonde ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist jedoch die erste Lambdasonde als Breitbandlambdasonde und die zweite Lambdasonde als Sprunglambdasonde ausgebildet. Mit einer derartigen Ausgestaltung der Lambdasonden ist eine hochgenaue Regelung der Gemischzusammensetzung möglich.
Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass der Sauerstoffbefüllungszustand mittels eines Modells, insbesondere integral, aus, dem Messwert der ersten Lambdasonde bestimmt wird. Bevorzugt wird der Sauerstoffbefüllungszustand allein aufgrund des Messwerts der ersten Lambdasonde bestimmt, sodass der Messwert der zweiten Lambdasonde keine Berücksichtigung findet. Dies reicht aus, um eine Bilanzierung des Sauerstoffeintrags in den Sauerstoffspeicher und des Sauerstoffaustrags aus dem Sauerstoffspeicher aufzustellen. Es kann jedoch ebenso vorgesehen sein, neben dem Messsignal des ersten Lambdasignals auch das Messsignal des zweiten Lambdasignals zum Bestimmen des Sauerstoffbefüllungszustands heranzuziehen, solange das Messsignal der zweiten Lambdasonde innerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt.
Auf diese Art und Weise kann die Genauigkeit nochmals vergrößert werden, weil auch die Menge des den Speicherkatalysator verlassenen Sauerstoffs genauer bestimmt wird. Ist die zweite Lambdasonde als Sprunglambdasonde ausgebildet, so kann zu diesem Zweck beispielsweise eine Linearisierung des Messwerts der zweiten Lambdasonde durchgeführt werden. Die Ermittlung des Sauerstoffbefüllungszustands erfolgt besonders bevorzugt integral, also ausgehend von einem festgelegten Wert, beispielsweise dem ersten Wert oder dem zweiten Wert, der zum Zurücksetzen des Sauerstoffbefüllungszustands unter den genannten Bedingungen verwendet wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, mit einer Brennkraftmaschine und einem Abgastrakt, in welchem ein Speicherkatalysator zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine, eine erste Lambdasonde stromaufwärts des Speicherkatalysators sowie eine zweite Lambdasonde stromabwärts des Speicherkatalysators angeordnet sind, wobei ein Lambdawert zur Regelung einer Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine sowie eines Sauerstoffbefüllungszustands eines Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators aus einem Messsignal der ersten Lambdasonde ermittelt werden. Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Messsignal der zweiten Lambdasonde bei Vorliegen innerhalb eines bestimmten Wertebereichs zum Bestimmen eines Offsetwerts für das Messsignal der ersten Lambdasonde mittels einer Trimmregelung und bei Vorliegen außerhalb des bestimmten Wertebereichs zum Festlegen des Sauerstoffbefüllungszustands auf einen bestimmten Wert zu verwenden.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits eingegangen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine und einem Abgastrakt,
2 eine schematische Darstellung einer Regelstrecke der Antriebseinrichtung, sowie
3 zwei Diagramme, anhand welchen ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung beschrieben wird.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, die über eine Brennkraftmaschine 2 sowie einen Abgastrakt 3 verfügt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 2 mehrere Zylinder mit jeweils einem Brennraum 4 auf. Jeder der Zylinder verfügt über wenigstens ein Einlassventil 5 und wenigstens ein Auslassventil 6. Über jedes der Einlassventile 5 kann dem jeweiligen Zylinder Frischgas aus einem Frischgastrakt 7 zugeführt werden, wohingegen durch jedes der Auslassventile 6 Abgas aus dem entsprechenden Zylinder entweichen kann, nämlich in Richtung des Abgastrakts 3.
Das Frischgas wird an den Einlassventilen 5 mittels eines Verdichters 8 bereitgestellt, welcher Teil eines Abgasturboladers 9 ist. Zusätzlich zu dem Verdichter 8 weist dar Abgasturbolader 9 eine Turbine 10 auf, welche über eine Abgasleitung 11, die Bestandteil des Abgastrakts 3 ist, an die Auslassventile 6 strömungstechnisch angeschlossen ist. Stromabwärts der Turbine 10 liegt ein Speicherkatalysator 12 vor. Stromaufwärts des Speicherkatalysators 12 liegt eine erste Lambdasonde 13 und stromabwärts eine zweite Lambdasonde 14 vor. Stromabwärts der zweiten Lambdasonde 14 mündet der Abgastrakt 3, beispielsweise über ein Endrohr, in eine Außenumgebung der Antriebseinrichtung 1 ein. Es sei darauf hingewiesen, dass der Abgasturbolader 9 rein optional ist. Er kann entsprechend auch entfallen.
Die 2 zeigt einen Regelkreis 15 der Antriebseinrichtung 1. In einer Regelstrecke 16 des Regelkreises 15 liegen die Brennkraftmaschine 2 und der Speicherkatalysator 12 vor. Die Lambdasonden 13 und 14 beziehungsweise die von diesen gelieferten Messwerte sind ebenfalls schematisch angedeutet. Eine Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine 2 wird mittels eines Lambdareglers 17 ermittelt. Dieser erhält zumindest den Messwert der ersten Lambdasonde 13 als Eingangsgröße, insbesondere einen Lambdawert, der aus dem Messwert der ersten Lambdasonde 13 sowie einem Offsetwert ermittelt ist. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dem Lambdaregler 17 den Messwert der ersten Lambdasonde 13 und den Offsetwert separat voneinander zuzuführen.
Der Messwert der ersten Lambdasonde 13 fließt weiterhin - entweder unkorrigiert oder mittels des Offsetwerts korrigiert - in eine Sauerstoffbilanzierung ein, mittels welcher ein Sauerstoffbefüllungszustand eines Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators 12 berechnet wird. Die Sauerstoffbilanzierung 18 dient als Sauerstoffbilanzregler, führt also eine Regelung des Sauerstoffbefüllungszustands auf einen Vorgabebefüllungszustand aus. Als Eingangsgröße weist der Regelkreis 15 einen Lambdasollwert 19 auf. Der Sauerstoffbilanzierung 18 werden zusätzlich ein Abgasmassenstrom 20 und der Vorgabebefüllungszustand 21 zugeführt. Weiterhin umfasst der Regelkreis 15 einen Trimmregler 22, welcher einer Korrektur des Lambdäsollwerts 19 beziehungsweise einer Korrektur des Messwerts der ersten Lambdasonde 13. Mittels des Trimmregler 22 wird insbesondere der Offsetwert ermittelt. Der Trimmregler 22 weist als Eingangsgröße den Messwert der zweiten Lambdasonde 14 auf.
Bei dem Betreiben der Antriebseinrichtung 1 ist es vorgesehen, mithilfe des Lambdareglers 17 eine Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine 2 zu regeln. Dabei wird ein Lambdawert zur Regelung der Gemischzusammensetzung aus dem Messsignal der ersten Lambdasonde 13 und dem Offsetwert ermittelt. Der Offsetwert kann hierbei entweder unmittelbar zur Korrektur des Messsignals der ersten Lambdasonde herangezogen werden, sodass dem Lambdaregler 17 bereits der korrigierte Lambdawert zugeführt wird. Alternativ kann - wie hier dargestellt - zunächst mittels des Lambdareglers 17 eine Lambdaregelung durchgeführt und das Ergebnis der Lambdaregelung der Ermittlung des Lambdawerts mit dem Offsetwert korrigiert werden. Zudem wird mithilfe der Sauerstoffbilanzierung 18 ein Sauerstoffbefüllungszustand des Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators 12 ermittelt und auf einen Vorgabebefüllungszustand eingeregelt.
Weil der Messwert der ersten Lambdasonde 13 üblicherweise fehlerbehaftet ist, wird der bereits erwähnte Offset mithilfe des Trimmreglers 22 bestimmt. Dabei ist es vorgesehen, das Messsignal der zweiten Lambdasonde 14 bei Vorliegen innerhalb eines bestimmten Wertebereichs zum Bestimmen des Offsetwerts mittels des Trimmreglers 22 und bei Vorliegen außerhalb des bestimmten Wertebereichs zum Festlegen des Sauerstoffbefüllungszustands auf einen bestimmten Wert zu verwenden. Hierzu wird auf die weiteren Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung verwiesen.
Die 3 zeigt zwei Diagramme, wobei in einem oberen der Diagramme der aus dem Messsignal der ersten Lambdasonde 13 und dem Offsetwert ermittelte Lambdawert λ über der Zeit t aufgetragen ist. In einem unteren der Diagramme ist dagegen das Messsignal U der zweiten Lambdasonde 14 über der Zeit t dargestellt. In dem unteren Diagramm ist ein bestimmter Wertebereich 23 angedeutet, der sich rein beispielhaft von 0,40 V bis 0,75 V erstreckt. Selbstverständlich kann ein anderer Wert für die untere Grenze und/oder die obere Grenze vorgesehen sein. In dem bestimmten Wertebereich 23 ist keine konkrete Aussage über den Sauerstoffbefüllungszustand des Speicherkatalysators 12 beziehungsweise eines Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators 12 möglich. Aus diesem Grund wird bei Vorliegen des Messsignals U der zweiten Lambdasonde 14 in dem Wertebereich 23 die Trimmregelung mittels des Trimmreglers 22 zum Bestimmen des Offsetwerts durchgeführt.
Liegt hingegen das Messsignal U der zweiten Lambdasonde 14 außerhalb des Wertebereichs 23, so kann es vorgesehen sein, die Trimmregelung auszusetzen. Beispielsweise ist es in diesem Fall vorgesehen, den Offsetwert um einen bestimmten Korrekturwert anzupassen. Der Korrekturwert kann beispielsweise konstant sein oder ein in Abhängigkeit von dem Messsignal der ersten Lambdasonde 13 und/oder dem Messsignal der zweiten Lambdasonde 14 ermittelt werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Korrekturwert aus dem Sauerstoffbefüllungszustand und/oder einem Abgasmassenstrom durch den Abgastrakt 3 bestimmt wird.
Es wird deutlich, dass das Messsignal der zweiten Lambdasonde 14 in dem Zeitraum von t_o ≤t < t₁ außerhalb des Wertebereichs 23 vorliegt. Aus diesem Grund wird zum Zeitpunkt t = t₁ ein Regenerationszeitraum eingeleitet, während welchem der Speicherkatalysator 12 beziehungsweise sein Sauerstoffspeicher regeneriert wird. Dies umfasst ein Füllen oder ein Leeren des Sauerstoffspeichers, in Abhängigkeit von dem Messsignal der zweiten Lambdasonde 14. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel liegt Sauerstoffüberschuss vor, sodass der Sauerstoffspeicher gefüllt, insbesondere vollständig gefüllt ist.
Entsprechend wird während des Regenerationszeitraums der Sauerstoffspeicher geleert. Zu diesem Zweck wird die Brennkraftmaschine 2 mit einer fetteren Gemischzusammensetzung betrieben als zuvor, also für t < t₁. Dies ist unmittelbar an dem Lambdawert gemäß dem oberen Diagramm zu erkennen. Der Regenerationszeitraum erstreckt sich von t₁ bis hin zu t₂. Am Ende des Regenerationszeitraums, also bei t = t₂, wird ein Anpassen des Offsetwerts mit dem bestimmten Korrekturwert vorgenommen. Auch dies ist deutlich in dem Verlauf des Messsignals der ersten Lambdasonde 13 zu erkennen, wobei der Offsetwert mit Δλ₁ bezeichnet ist. Der Korrekturwert wird insbesondere aus dem Sauerstoffbefüllungszustand des Speicherkatalysators 12 und/oder dem Abgasmassenstrom bestimmt.
Anschließend wird in dem Zeitraum t₂ < t < t₃ die Gemischzusammensetzung wieder durch Regelung anhand des Lambdawerts durchgeführt. Weil jedoch das Messsignal der zweiten Lambdasonde gemäß dem unteren Diagramm weiterhin außerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt, wird erneut ein Regenerationszeitraum eingeleitet, welcher sich von t₃ bis t₄ erstreckt. Erneut am Ende des Regenerationszeitraums wird das Anpassen des Offsetwerts vorgenommen, wobei der Korrekturwert in dem oberen Diagramm nun als Δλ₂ bezeichnet ist. Für t > t₄ wird der Offsetwert wiederum mittels der Trimmregelung bestimmt. Es ist erkennbar, dass das Messsignal der zweiten Lambdasonde 13 ansteigt.
Es kann vorgesehen sein, dass der Offsetwert nur dann über den Korrekturwert angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde 14 mindestens um einen bestimmten Differenzwert außerhalb des bestimmten Wertebereichs 23 liegt. Dieses Kriterium ist zum Zeitpunkt t₅ und nachfolgend nicht erfüllt. Zwar wird erneut ein Regenerationszeitraum eingeleitet, weil der Messwert der ersten Lambdasonde 13 außerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt, jedoch wird am Ende dieses Regenerationszeitraums das Anpassen des Offsetwerts mit dem bestimmten Korrekturwert nicht vorgenommen. Als Ergebnis des Regenerierens des Speicherkatalysators in dem zuletzt beschriebenen Regenerationszeitraum steigt das Messsignal der zweiten Lambdasonde 14 derart an, dass es nachfolgend in dem bestimmten Wertebereich vorliegt. Folglich wird anschließend an den Regenerationszeitraum der Offsetwert lediglich mittels der Trimmregelung unter Verwendung des Trimmreglers 22 bestimmt.
Es ist insoweit nicht notwendig, erneut eine Regeneration des Speicherkatalysators 12 einzuleiten und/oder das Anpassen des Offsetwerts vorzunehmen. Vielmehr konnte auf die beschriebene Art und Weise der Offsetwert deutlich schneller an einen Fehler der ersten Lambdasonde 13 angepasst werden als dies allein mithilfe der Trimmregelung möglich gewesen wäre. Entsprechend ist schneller einer genauere Regelung der Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine 2 möglich, woraus eine geringere Schadstoffemission der Brennkraftmaschine 2 folgt.
Zusätzlich oder alternativ ist es vorgesehen, den Sauerstoffbefüllungszustand des Speicherkatalysators 12 auf einen bestimmten Wert zu setzen, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde 14 außerhalb des bestimmten Wertebereichs vorliegt. Beispielsweise wird bei Vorliegen des Messsignals auf einer ersten Seite des Wertebereichs ein erster Wert und bei Vorliegen des Messsignals auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite ein zweiter Wert als bestimmter Wert herangezogen. Der erste Wert entspricht hierbei einem vollständig gefüllten Sauerstoffspeicher, wohingegen der zweite Wert einem vollständig entleerten Sauerstoffspeicher entspricht. Auf diese Art und Weise kann eine besonders genaue Ermittlung des Sauerstoffbefüllungszustands des Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators 12 erfolgen.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine (2) und einem Abgastrakt (3), in welchem ein Speicherkatalysator (12) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine (2), eine erste Lambdasonde (13) stromaufwärts des Speicherkatalysators (12) sowie eine zweite Lambdasonde (14) stromabwärts des Speicherkatalysators (12) angeordnet sind, wobei ein Lambdawert zur Regelung einer Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine (2) sowie ein Sauerstoffbefüllungszustand eines Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators (12) aus einem Messsignal der ersten Lambdasonde (13) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsignal der zweiten Lambdasonde (14) bei Vorliegen innerhalb eines bestimmten Wertebereichs zum Bestimmen eines Offsetwerts für das Messsignal der ersten Lambdasonde mittels einer Trimmregelung und bei Vorliegen außerhalb des bestimmten Wertebereichs zum Festlegen des Sauerstoffbefüllungszustands auf einen bestimmten Wert verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trimmregelung ausgesetzt wird, solange das Messsignal der zweiten Lambdasonde (14) außerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffbefüllungszustand nur dann aus dem Messsignal der ersten Lambdasonde (13) ermittelt wird, falls das Messsignal der zweiten Lambdasonde (14) innerhalb des bestimmten Wertebereichs liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen des Messsignals der zweiten Lambdasonde (14) auf einer ersten Seite des Wertebereichs (23) ein erster Wert und bei Vorliegen des Messsignals der zweiten Lambdasonde (14) auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Wertebereichs (23) ein zweiter Wert als bestimmter Wert verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der erste Wert ein einem vollständig gefüllten Sauerstoffspeicher entsprechender Wert und als der zweite Wert ein einem vollständig entleerten Sauerstoffspeicher entsprechender Wert verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffbefüllungszustand unmittelbar anschließend auf das Festlegen auf den bestimmten Wert auf einen Vorgabebefüllungszustand geregelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert um einen bestimmten Korrekturwert angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde (14) außerhalb des bestimmten Wertebereichs (23) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Lambdasonde (13) eine Breitbandlambdasonde und/oder als zweite Lambdasonde (14) eine Sprunglambdasonde verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffbefüllungszustand mittels eines Modells, insbesondere integral, aus dem Messwert der ersten Lambdasonde (13) bestimmt wird.
Antriebseinrichtung (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Brennkraftmaschine (2) und einem Abgastrakt (3), in welchem ein Speicherkatalysator (12) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine (2), eine erste Lambdasonde (13) stromaufwärts des Speicherkatalysators (12) sowie eine zweite Lambdasonde (14) stromabwärts des Speicherkatalysators (12) angeordnet sind, wobei ein Lambdawert zur Regelung einer Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine (2) sowie ein Sauerstoffbefüllungszustand eines Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators (12) aus einem Messsignal der ersten Lambdasonde (13) ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, ein Messsignal der zweiten Lambdasonde (14) bei Vorliegen innerhalb eines bestimmten Wertebereichs zum Bestimmen eines Offsetwerts für das Messsignal der ersten Lambdasonde mittels einer Trimmregelung und bei Vorliegen außerhalb des bestimmten Wertebereichs zum Festlegen des Sauerstoffbefüllungszustands auf einen bestimmten Wert zu verwenden.