DE102019118471B3 - Method for operating a drive device and a drive device for a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (10) mit einem Verbrennungsmotor (12) und einem Katalysator (14) zur Reinigung von Abgas des Verbrennungsmotors (12), wobei stromaufwärts des Katalysators (14) eine ein erstes Lambdasignal bereitstellende, erste Lambdasonde (20) und stromabwärts des Katalysators (14) eine ein zweites Lambdasignal bereitstellende, zweite Lambdasonde (22) vorgesehen sind, wobei anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung, anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung und anhand einer aus dem ersten und/oder zweiten Lambdasignal ermittelten Sauerstoffbilanzierung eine Sauerstoffbilanzregelung durchgeführt werden, wobei die Sauerstoffbilanzregelung ab einer vordefinierten Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle eingreift und ab einer Sauerstoffbilanz-Eingriffsendschwelle der Eingriff beendet wird, wobei die Sauerstoffbilanzierung bei Nichteingriff der Sauerstoffbilanzreglung an jedem Durchgang des Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses durch eine stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Schwelle auf einen vordefinierten Anfangswert zurückgesetzt wird.A method for operating a drive device (10) with an internal combustion engine (12) and a catalytic converter (14) for cleaning exhaust gas from the internal combustion engine (12), with a first lambda probe (20) providing a first lambda signal upstream of the catalytic converter (14) and a first lambda probe (20) downstream of the catalytic converter (14), a second lambda probe (22) providing a second lambda signal is provided, with a lambda control control based on the first lambda signal, a lambda trim control superimposed on the lambda control control based on the second lambda signal, and an oxygen balancing determined from the first and / or second lambda signal Oxygen balance control can be carried out, the oxygen balance control intervening from a predefined oxygen balance intervention release threshold and the intervention being terminated from an oxygen balance intervention end threshold, the oxygen balancing at each pressure if the oxygen balance control does not intervene The course of the actual air-fuel ratio is reset to a predefined initial value by a stoichiometric air-fuel ratio threshold.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit einem Verbrennungsmotor und einem Katalysator zur Reinigung von Abgas des Verbrennungsmotors, wobei stromaufwärts des Katalysators eine ein erstes Lambdasignal bereitstellende, erste Lambdasonde und stromabwärts des Katalysators eine ein zweites Lambdasignal bereitstellende, zweite Lambdasonde vorgesehen sind, wobei anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung, anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung und anhand einer aus dem ersten und/oder zweiten Lambdasignal ermittelten Sauerstoffbilanzierung eine Sauerstoffbilanzregelung durchgeführt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a method for operating a drive device with an internal combustion engine and a catalytic converter for purifying exhaust gas from the internal combustion engine, a first lambda probe providing a first lambda signal providing upstream of the catalytic converter and a second lambda probe providing a second lambda signal downstream of the catalytic converter, wherein on the basis of the first lambda signal, a lambda control control, on the basis of the second lambda signal, a lambda trim control superimposed on the lambda control control, and on the basis of an oxygen balance determined from the first and / or second lambda signal, an oxygen balance control can be carried out. The invention further relates to a drive device for a motor vehicle.

Kraftfahrzeug weisen üblicherweise eine Antriebseinrichtung auf, welche zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs dient. Die Antriebseinrichtung weist üblicherweise zumindest einen Verbrennungsmotor und einen Katalysator auf. Der Katalysator dient zum Reinigen des im Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors entstandenen und in eine Außenumgebung strömenden Abgases. Zu diesem Zweck wird das gesamte Abgas durch den Katalysator hindurchgeführt und anschließend in die Außenumgebung abgeführt. Der Katalysator ist insbesondere als Dreiwegekatalysator ausgeführt, wodurch drei Schadstoffkomponenten, nämlich CO, HC und NOx konvertiert werden können.Motor vehicles usually have a drive device which serves to drive a motor vehicle. The drive device usually has at least one internal combustion engine and a catalytic converter. The catalytic converter is used to clean the exhaust gas that arises in the combustion process of the internal combustion engine and flows into an external environment. For this purpose, all of the exhaust gas is passed through the catalytic converter and then discharged into the outside environment. The catalytic converter is designed in particular as a three-way catalytic converter, as a result of which three pollutant components, namely CO, HC and NOx, can be converted.

In dem Abgas der Brennkraftmaschine enthaltene Schadstoffe werden bei dem Durchströmen des Katalysators in ungefährlichere Produkte umgewandelt. Die Konvertierungsleistung des Katalysators hängt dabei stark von der Abgaszusammensetzung ab. So ist die Konvertierungsleistung des Katalysators am höchsten, wenn stromaufwärts des Katalysators eine Abgaszusammensetzung vorliegt, die aus einer Verbrennung mit einem stöchiometrischen Kraftstoff-Sauerstoff-Verhältnis resultiert.Pollutants contained in the exhaust gas of the internal combustion engine are converted into less dangerous products when flowing through the catalyst. The conversion performance of the catalytic converter strongly depends on the exhaust gas composition. For example, the conversion performance of the catalytic converter is highest when there is an exhaust gas composition upstream of the catalytic converter that results from combustion with a stoichiometric fuel-oxygen ratio.

Zur Regelung des Kraftstoff-Sauerstoff-Verhältnisses im Verbrennungsmotor sind stromaufwärts des Katalysators eine erste Lambdasonde und stromabwärts des Katalysators eine zweite Lambdasonde vorgesehen. Bei einer möglichst hohen Konvertierungsleistung des Katalysators sollte ein erstes Lambdasignal der ersten Lambdasonde einem vordefinierten Signalwert einer Verbrennung mit stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis entsprechen sowie ein zweites Lambdasignal der zweiten Lambdasonde einem vordefinierten Signalwert einer Verbrennung mit stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis entsprechen. Basierend auf den Lambdasignalen der beiden Lambdasonden wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis, beispielsweise durch Veränderung der Einspritzzeit eines Kraftstoffventils, eingestellt.To regulate the fuel-oxygen ratio in the internal combustion engine, a first lambda probe is provided upstream of the catalytic converter and a second lambda probe downstream of the catalytic converter. If the conversion power of the catalytic converter is as high as possible, a first lambda signal of the first lambda probe should correspond to a predefined signal value of a combustion with a stoichiometric fuel-air ratio, and a second lambda signal of the second lambda probe should correspond to a predefined signal value of a combustion with a stoichiometric fuel-air ratio. The fuel-air ratio is set on the basis of the lambda signals of the two lambda probes, for example by changing the injection time of a fuel valve.

Die Regelung ist derart ausgeführt, dass anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung und anhand des zweiten Lambdasignals eine die Lambdaführungsregelung überlagernde Lambdatrimmregelung durchgeführt werden. Die Lambdaführungsregelung und die Lambdatrimmregelung sind üblicherweise als Kaskadenregelung ausgeführt. Die Lambdatrimmregelung dient einer Korrektur der Lambdaführungsregelung, insbesondere einer Korrektur des von der ersten Lambdasonde bereitgestellten ersten Lambdasignals. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn als erste Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde verwendet wird. Als zweite Lambdasonde wird eine Sprunglambdasonde verwendet, welche im Gegensatz zur Breitbandlambdasonde genauer ist, jedoch einen kleineren Messbereich aufweist.The control is implemented in such a way that a lambda control control is carried out on the basis of the first lambda signal and a lambda trim control that overlaps the lambda control control is carried out on the basis of the second lambda signal. The lambda control and the lambda trim control are usually designed as cascade control. The lambda trim control serves to correct the lambda guidance control, in particular to correct the first lambda signal provided by the first lambda probe. This is particularly the case if a broadband lambda probe is used as the first lambda probe. A jump lambda probe is used as the second lambda probe, which is more precise than the broadband lambda probe, but has a smaller measuring range.

Zusätzlich zur Lambdatrimmregelung ist eine Sauerstoffbilanzregelung vorgesehen, welche ebenfalls einer Korrektur der Lambdaführungsregelung dient. Die Sauerstoffbilanzregelung korrigiert die Lambdaführungsregelung derart, dass ein Sauerstoff-Befüllungsgrad des Katalysators einem Sollwert, welcher üblicherweise bei 50% von der Gesamtbefüllung liegt, entspricht. Bei einem derartigen Sauerstoff-Befüllungsgrad kann der Katalysator auch bei Verbrennungsvorgängen im Verbrennungsmotor mit einem Sauerstoffüberschuss oder einem Kraftstoffüberschuss optimal, nämlich wie bei einem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis, betrieben werden, da bei einer Verbrennung mit einem Kraftstoffüberschuss der im Katalysator gespeicherte Sauerstoff für die Konvertierung verwendet werden kann und bei einer Verbrennung mit einem Sauerstoffüberschuss der überschüssige Sauerstoff im Katalysator gespeichert werden kann.In addition to the lambda trim control, an oxygen balance control is provided which also serves to correct the lambda control control. The oxygen balance control corrects the lambda control control in such a way that an oxygen filling level of the catalytic converter corresponds to a target value, which is usually 50% of the total filling. With such a degree of oxygen filling, the catalytic converter can also be operated optimally during combustion processes in the internal combustion engine with an excess of oxygen or a surplus of fuel, namely as with a stoichiometric fuel-air ratio, since in the event of combustion with a surplus of fuel, the oxygen stored in the catalytic converter for the Conversion can be used and in the event of combustion with an excess of oxygen, the excess oxygen can be stored in the catalytic converter.

Die Sauerstoffbilanzregelung basiert auf einer Sauerstoffbilanzierung, welche zur Beurteilung des Sauerstoff-Befüllungsgrad verwendet wird. Der Sauerstoff-Befüllungsgrad wird indirekt durch die Sauerstoffbilanzierung abgeschätzt, indem durch die Sauerstoffbilanzierung ein Sauerstoffeintrag in den Katalysator und ein Sauerstoffaustrag aus dem Katalysator erfasst werden und ausgehend davon in Kombination mit einem bekannten Anfangswert der Sauerstoff-Befüllungsgrad bestimmt wird. Die Sauerstoffbilanzierung basiert auf dem ersten und/oder dem zweiten Lambdasignal, wobei über die Lambdawerte ermittelt wird, ob eine Verbrennung mit einem stöchiometrisch Kraftstoff-Luft-Verhältnis, einem Sauerstoffüberschuss oder einem Sauerstoffmangel durchgeführt wurde. Die Sauerstoffbilanzierung erfolgt üblicherweise kontinuierlich während dem Betrieb des Verbrennungsmotors.The oxygen balance control is based on an oxygen balance, which is used to assess the degree of oxygen filling. The degree of oxygen filling is indirectly estimated by means of the oxygen balance, in that an oxygen entry into the catalytic converter and an oxygen discharge from the catalytic converter are recorded by the oxygen balancing and, based on this, the degree of oxygen filling is determined in combination with a known initial value. The oxygen balance is based on the first and / or the second lambda signal, the lambda values being used to determine whether combustion was carried out with a stoichiometric fuel-air ratio, an excess of oxygen or a lack of oxygen. The oxygen balance is usually carried out continuously during the operation of the internal combustion engine.

Eine derartige, den Sauerstoffbefüllungszustand berücksichtigende Regelung des Kraftstoff-Sauerstoff-Verhältnisses im Verbrennungsmotor wird beispielsweise in der DE 10 2012 019 907 A1 und der DE 41 28 718 A1 offenbart, wobei bei einer Abweichung des Signals einer Nachkat-Lambdasonde vom stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Sauerstoff-Befüllungsgrad des Katalysators auf einen vordefinierten Anfangswert zurückgesetzt wird. Such a regulation of the fuel-oxygen ratio in the internal combustion engine, which takes into account the oxygen filling state, is described, for example, in US Pat DE 10 2012 019 907 A1 and the DE 41 28 718 A1 discloses, in the event of a deviation of the signal of a post-cat lambda sensor from the stoichiometric fuel-air ratio, the degree of oxygen filling of the catalytic converter is reset to a predefined initial value.

Nachteilig an einer kontinuierlichen Sauerstoffbilanzierung ist, dass diese über eine lange Zeitdauer erfolgt und über diese Zeitdauer kleinste Ungenauigkeiten, beispielsweise Messfehler der Lambdasonden, als Sauerstoffeintrag oder Sauerstoffaustrag erfasst werden, wobei tatsächlich gar kein Sauerstoffeintrag oder - austrag stattfindet. Diese in der kontinuierlichen Sauerstoffbilanzierung erfassten und aufsummierten Ungenauigkeiten führen nach einer gewissen Zeitdauer und ab einer vordefinierten Schwelle zu einem Eingriff der Sauerstoffbilanzregelung und dadurch zu einer fälschlicherweise ausgeführten Veränderung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses. Eine derartige kontinuierliche Sauerstoffbilanzregelung und dadurch unerwünschter Eingriff der Sauerstoffbilanzregelung führt zu einer verminderten Konvertierung der Abgaskomponenten.A disadvantage of continuous oxygen balancing is that it takes place over a long period of time and over this period of time the smallest inaccuracies, for example measurement errors of the lambda probes, are recorded as oxygen entry or exit, with no oxygen entry or exit actually taking place. These inaccuracies recorded and summed up in the continuous oxygen balance lead to an intervention in the oxygen balance control after a certain period of time and from a predefined threshold and thus to an incorrectly executed change in the fuel-air ratio. Such a continuous oxygen balance control and thereby undesirable intervention in the oxygen balance control leads to a reduced conversion of the exhaust gas components.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches den vorstehend beschriebenen Nachteil nicht aufweist, wodurch die Konvertierung der Abgaskomponenten verbessert wird.The object of the invention is to propose a method for operating a drive device which does not have the disadvantage described above, as a result of which the conversion of the exhaust gas components is improved.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method for operating a drive device with the features of independent claim 1.

Dadurch, dass der Sauerstoffbilanzregelung ab einer vordefinierten Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle eingreift und ab einer Sauerstoffbilanz-Eingriffsendschwelle der Eingriff beendet wird, wobei die Sauerstoffbilanzierung bei Nichteingriff des Sauerstoffbilanzreglers an jedem Durchgang des Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses durch eine stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Schwelle auf einen vordefinierten Anfangswert zurückgesetzt wird, greift die Sauerstoffbilanzregelung nur bei Ereignissen ein, die zu einem abgasrelevanten Sauerstoffeintrag oder einem Sauerstoffaustrag führen, wodurch die Konvertierungsleistung der Abgaskomponenten verbessert wird. Dabei werden durch die Sauerstoffbilanzregelung ausschließlich Ereignisse ausgeregelt, welche die Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle überschreiten, wobei die Sauerstoffbilanzregelung solange eingreift bis der in den Katalysator eingetragene Sauerstoff wieder ausgetragen ist. Alle Ereignisse, welche unterhalb der Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle erfolgen, werden an jedem Schnittpunkt des Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses bei der Verbrennung im Verbrennungsmotor mit der stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Schwelle auf einen vordefinierten Anfangswert zurückgesetzt, wodurch diese Ereignisse bei der Sauerstoffbilanzregelung unberücksichtigt bleiben.Characterized in that the oxygen balance control intervenes from a predefined oxygen balance intervention release threshold and the intervention is terminated from an oxygen balance intervention end threshold, the oxygen balancing at non-intervention of the oxygen balance regulator at each passage of the actual fuel-air ratio through a stoichiometric fuel-air ratio If the threshold is reset to a predefined initial value, the oxygen balance control only intervenes in the case of events which lead to an exhaust gas-relevant oxygen input or an oxygen output, which improves the conversion performance of the exhaust gas components. Only events that exceed the oxygen balance intervention release threshold are corrected by the oxygen balance control, the oxygen balance control intervening until the oxygen entered in the catalyst is discharged again. All events that occur below the oxygen balance intervention release threshold are reset to a predefined starting value at each intersection of the actual fuel-air ratio during combustion in the internal combustion engine with the stoichiometric fuel-air ratio threshold, as a result of which these events occur in the oxygen balance control to be disregarded.

Vorzugsweise ist die Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle gleich oder höher als die Sauerstoffbilanz-Eingriffsendschwelle. Dadurch kann der in den Katalysator eingetragene Sauerstoff vollständig wieder ausgetragen werden, wodurch eine optimale Konvertierungsfähigkeit erhalten bleibt.The oxygen balance intervention release threshold is preferably equal to or higher than the oxygen balance engagement end threshold. As a result, the oxygen introduced into the catalytic converter can be completely discharged again, so that an optimal conversion capability is retained.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist ein Totband durch eine obere Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle und eine untere Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle definiert, wobei die Sauerstoffbilanzregelung oberhalb der oberen Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle und unterhalb der Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle eingreift. Dadurch wird erreicht, dass die Sauerstoffbilanzregelung bei einem Sauerstoffeintrag und bei einem Sauerstoffaustrag eingreift, wobei alle geringfügige Veränderung des Kraftstoff-LuftGemisches zu einem „fetten“ Gemisch oder einem „mageren“ Gemisch unberücksichtigt bleiben.In a preferred embodiment, a dead band is defined by an upper oxygen balance intervention enable threshold and a lower oxygen balance intervention enable threshold, the oxygen balance control intervening above the upper oxygen balance intervention enable threshold and below the oxygen balance intervention enable threshold. It is thereby achieved that the oxygen balance control intervenes with an oxygen input and with an oxygen output, whereby all slight changes in the fuel-air mixture to a “rich” mixture or a “lean” mixture are ignored.

Vorzugsweise ist der vordefinierte Anfangswert null, wodurch alle Veränderungen unterhalb der Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle vollständig ausgeblendet werden.Preferably, the predefined initial value is zero, whereby all changes below the oxygen balance intervention release threshold are completely hidden.

Vorzugsweise ist ein vordefinierten Sauerstoffmassenstrom-Eingriffsfreigabeschwelle vorgesehen, wobei die Sauerstoffbilanzregelung ab einem Sauerstoffmassenstrom oberhalb der Sauerstoffmassenstrom-Eingriffsfreigabeschwelle eingreift. Bei einem Ereignis mit einem sehr hohen Sauerstoffeintrag oder einen sehr hohen Sauerstoffaustrag kann dies über die Sauerstoff-Eingriffsfreigabeschwelle frühzeitig erfasst werden und basierend darauf die Sauerstoffbilanzregelung frühzeitig eingreifen.A predefined oxygen mass flow intervention release threshold is preferably provided, wherein the oxygen balance control intervenes from an oxygen mass flow above the oxygen mass flow intervention release threshold. In the event of an event with a very high oxygen input or a very high oxygen output, this can be detected early via the oxygen intervention release threshold and the oxygen balance control can intervene based on this.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor und einem Katalysator zur Reinigung von Abgas des Verbrennungsmotors, wobei stromaufwärts des Katalysators eine ein erstes Lambdasignal bereitstellende, erste Lambdasonde und stromabwärts des Katalysators eine ein zweites Lambdasignal bereitstellende, zweite Lambdasonde vorgesehen sind, und wobei die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung, anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung und anhand einer aus dem ersten und/oder zweiten Lambdasignals ermittelten Sauerstoffbilanzierung eine Sauerstoffbilanzregelung durchzuführen, wobei die Sauerstoffbilanzregelung derart ausgeführt ist, dass die Sauerstoffbilanzregelung ab einer vordefinierten Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle eingreift und ab einer Sauerstoffbilanz-Eingriffsendschwelle der Eingriff endet, wobei die Sauerstoffbilanzierung derart ausgeführt ist, dass bei Nichteingriff des Sauerstoffbilanzreglers an jedem Durchgang des Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses durch eine stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Schwelle auf einen vordefinierten Anfangswert zurückgesetzt wird. Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung sowie des Verfahrens wurde bereits hingewiesen.The invention further relates to a drive device for a motor vehicle, having an internal combustion engine and a catalytic converter for purifying exhaust gas from the internal combustion engine, a first lambda probe providing a first lambda signal providing upstream of the catalytic converter and a second lambda probe providing a second lambda signal downstream of the catalytic converter. and wherein the drive device is designed to use the first lambda signal to carry out a lambda control control, to use the second lambda signal to perform a lambda control control superimposed on the lambda control control and to use the oxygen balance determined from the first and / or second lambda signal, the oxygen balance control being designed such that the Oxygen balance control intervenes from a predefined oxygen balance intervention release threshold and the intervention ends from an oxygen balance intervention end threshold, the oxygen balance being carried out in such a way that if the oxygen balance regulator does not intervene at each pass of the actual air-fuel ratio through a stoichiometric air-fuel ratio Threshold is reset to a predefined initial value. The advantages of such a configuration of the drive device and of the method have already been pointed out.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.

  • 1 zeigt eine schematisch dargestellte Antriebseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, und
  • 2 zeigt ein Diagramm einer Sauerstoffbilanzierung.
An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawings.
  • 1 shows a schematically illustrated drive device of a motor vehicle, and
  • 2nd shows a diagram of an oxygen balance.

1 zeigt eine Antriebseinrichtung 10 eines Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinrichtung 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 und einen Abgasstrang 13 auf, wobei das durch einen Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors 12 erzeugte Abgas über den Abgasstrang 13 in eine Außenumgebung geführt wird. In dem Abgastrakt 13 ist ein Katalysator 14, insbesondere ein Dreiwegekatalysator, angeordnet. Der Dreiwegekatalysator ermöglicht eine gleichzeitige Konvertierung von drei Abgaskomponenten, nämlich Kohlenstoffmonoxid, Kohlenwasserstoffen und Stickoxid. Der Katalysator 14 wird ausgehend vom Verbrennungsmotor 12 vom Abgas des Verbrennungsmotors 12 durchströmt. 1 shows a drive device 10th a motor vehicle. The drive device 10th has an internal combustion engine 12th and an exhaust line 13 on, which is due to a combustion process of the internal combustion engine 12th generated exhaust gas via the exhaust line 13 is led into an outdoor environment. In the exhaust system 13 is a catalyst 14 , in particular a three-way catalyst. The three-way catalytic converter enables the simultaneous conversion of three exhaust gas components, namely carbon monoxide, hydrocarbons and nitrogen oxide. The catalyst 14 is based on the internal combustion engine 12th from the exhaust gas of the internal combustion engine 12th flows through.

Die Konvertierungsleistung des Katalysators 14 ist am höchsten, wenn eine Abgaszusammensetzung vorliegt, die aus einer Verbrennung im Verbrennungsmotors 12 mit einem stöchiometrischen Kraftstoff-Sauerstoff-Verhältnis resultiert. Für einen Fettbetrieb, in welchem weniger Sauerstoff als bei einer Verbrennung mit einem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis vorliegt, und für den Magerbetrieb, in welchem mehr Sauerstoff als bei der Verbrennung mit einem stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis vorliegt, weist der Katalysator 14 einen Sauerstoffspeicher auf, welcher als Puffer fungiert. Dabei wird im Fettbetrieb des Verbrennungsmotors Sauerstoff aus dem Sauerstoffspeicher ausgespeichert und im Magerbetrieb Sauerstoff eingespeichert, so dass die Konvertierungsleistung des Katalysators 14 auch im Fett- und im Magerbetrieb hoch ist.The conversion performance of the catalyst 14 is highest when there is an exhaust gas composition resulting from combustion in the internal combustion engine 12th with a stoichiometric fuel-oxygen ratio. For a rich operation in which there is less oxygen than in combustion with a stoichiometric fuel-air ratio and for lean operation in which there is more oxygen than in combustion with a stoichiometric fuel-air ratio, the catalytic converter has 14 an oxygen storage, which acts as a buffer. Oxygen is stored in the rich mode of the internal combustion engine from the oxygen store and oxygen is stored in lean mode, so that the conversion performance of the catalyst 14 is also high in fat and lean operation.

Stromaufwärts des Katalysators 14 ist eine erste Lambdasonde 20 vorgesehen, welche als Breitbandsonde ausgeführt ist. Die erste Lambdasonde 20 ragt in das Abgas hinein und stellt ein erstes Lambdasignal bereit, welches eine Zusammensetzung des Abgases stromaufwärts des Katalysators 14 wiedergibt. Des Weiteren ist eine zweite Lambdasonde 22 vorgesehen, welche stromabwärts des Katalysators 14 angeordnet ist und ebenfalls in das Abgas hineinragt. Die zweite Lambdasonde 22 stellt ein zweites Lambdasignal bereit, welches die Abgaszusammensetzung des Abgases stromabwärts des Katalysators 14 wiedergibt.Upstream of the catalyst 14 is a first lambda sensor 20 provided which is designed as a broadband probe. The first lambda sensor 20 protrudes into the exhaust gas and provides a first lambda signal, which is a composition of the exhaust gas upstream of the catalytic converter 14 reproduces. There is also a second lambda sensor 22 provided which is downstream of the catalyst 14 is arranged and also protrudes into the exhaust gas. The second lambda sensor 22 provides a second lambda signal, which shows the exhaust gas composition of the exhaust gas downstream of the catalytic converter 14 reproduces.

Im Betrieb der Antriebseinrichtung 10 wird anhand des ersten Lambdasignals der ersten Lambdasonde 20 eine Lambdaführungsregelung und anhand des zweiten Lambdasignals der zweiten Lambdasonde 22 eine Lambdatrimmregelung durchgeführt, wobei Regelungen in einer Regelungseinheit 30 ausgeführt werden. Die Lambdatrimmregelung dient einer Korrektur der Lambdaführungsregelung, insbesondere einer Korrektur des von der ersten Lambdasonde 20 bereitgestellten ersten Lambdasignals. Dies ist notwendig, da die erste Lambdasonde 20 als Breitbandlambdasonde ausgeführt ist, welche fehlerbehaftet ist und mit einem Offset beaufschlagt ist. Die zweite Lambdasonde 22 ist als Sprunglambdasonde ausgeführt und ist dadurch im Vergleich zur Breitbandlambdasonde genauer, wobei die Sprunglambdasonde einen kleineren Messbereich aufweist.In operation of the drive device 10th is based on the first lambda signal of the first lambda probe 20 a lambda control and based on the second lambda signal of the second lambda probe 22 Lambda trim control is carried out, with controls in a control unit 30th be carried out. The lambda trim control serves to correct the lambda guidance control, in particular to correct the one from the first lambda probe 20 provided first lambda signal. This is necessary because the first lambda sensor 20 is designed as a broadband lambda probe, which is faulty and has an offset applied to it. The second lambda sensor 22 is designed as a spring lambda probe and is therefore more precise than the broadband lambda probe, the spring lambda probe having a smaller measuring range.

Zusätzlich zur Lambdatrimmregelung ist eine Sauerstoffbilanzregelung vorgesehen, welche ebenfalls einer Korrektur der Lambdaführungsregelung, insbesondere einer Korrektur des von der ersten Lambdasonde bereitgestellten ersten Lambdasignals, dient. Die Sauerstoffbilanzregelung korrigiert die Lambdaführungsregelung derart, dass ein Sauerstoff-Befüllungsgrad des Katalysators einen Sollwert, welcher üblicherweise bei 50% liegt, erreicht.In addition to the lambda trim control, an oxygen balance control is provided which also serves to correct the lambda control control, in particular to correct the first lambda signal provided by the first lambda sensor. The oxygen balance control corrects the lambda control control in such a way that an oxygen filling level of the catalytic converter reaches a target value, which is usually 50%.

Die Sauerstoffbilanzregelung basiert auf einer Sauerstoffbilanzierung, welche aus dem ersten Lambdasignal ermittelte wird, wobei der Sauerstoff-Befüllungsgrad über die Sauerstoffbilanzierung, in welche der Sauerstoffeintrag und der Sauerstoffaustrag erfasst wird, abgeschätzt wird.The oxygen balance control is based on an oxygen balance, which is determined from the first lambda signal, the degree of oxygen filling being estimated via the oxygen balance, in which the oxygen input and the oxygen output are recorded.

2 zeigt ein Diagramm, wobei auf der X-Achse die Zeit aufgetragen ist und auf der Y-Achse das Kraftstoff-Luft-Verhältnis und der Sauerstoffmassenstrom aufgetragen ist. Eine strichgepunktete Line stellt das Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ über eine Zeitdauer dar, in welcher der Verbrennungsmotor 12 aktiv betrieben wird. Eine durchgezogene Linie stellt die Sauerstoffbilanzierung a über die Zeitdauer dar. Die Sauerstoffbilanzierung ist die Differenz zwischen dem in den Katalysator eingetragenen und aus dem Katalysator 14 ausgetragenen Sauerstoff. Das Diagramm umfasst außerdem für den Sauerstoffeintrag eine obere Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle Rao und eine oberer Sauerstoffbilanz-Eingriffsendschwelle Rau sowie eine Sauerstoffmassenstrom- Eingriffsfreigabeschwelle Rλ . Gleichermaßen umfasst das Diagramm für den Sauerstoffaustrag eine obere Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle Rao- und eine oberer Sauerstoffbilanz-Eingriffsendschwelle Rau- sowie eine Sauerstoffmassenstrom-Eingriffsfreigabeschwelle Rλ-. Die Eingriffsschwellen sind alle gestrichelt dargestellt. 2nd shows a diagram, wherein the time is plotted on the X-axis and the fuel-air ratio and the oxygen mass flow is plotted on the Y-axis. A dash-dotted line represents the actual air-fuel ratio λ over a period of time in which the internal combustion engine 12th is actively operated. A solid line represents the oxygen balance a over time. The oxygen balance is the difference between that entered in the catalyst and out of the catalyst 14 discharged oxygen. The diagram also includes an upper oxygen balance intervention release threshold for the oxygen entry R ao and an upper oxygen balance intervention end threshold Rau and an oxygen mass flow intervention release threshold R λ . Likewise, the diagram for the oxygen discharge includes an upper oxygen balance intervention release threshold R ao- and an upper oxygen balance intervention end threshold Rau and an oxygen mass flow intervention release threshold R λ- . The intervention thresholds are all shown in dashed lines.

2 veranschaulicht das erfindungsgemäße Funktionsprinzip der Sauerstoffbilanzierung und der Sauerstoffbilanzregelung. Zum Zeitpunkt t1 überschreitet die Sauerstoffbilanzierung a die Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle Rao , wodurch der Eingriff der Sauerstoffbilanzregelung freigegeben wird. Zum Zeitpunkt t2 durchläuft die Sauerstoffbilanzierung a die Sauerstoffbilanz-Eingriffsendschwelle Rau, wodurch der Eingriff der Sauerstoffbilanzregelung beendet wird und die Sauerstoffbilanzierung auf null zurückgesetzt wird. Während dem Eingriff der Sauerstoffbilanzregelung gleichen sich der in diesem Zeitabschnitt erfolgte Sauerstoffeintrag in den Katalysator 14 und der Sauerstoffaustrag aus dem Katalysator 14 aus. Liegt die Sauerstoffbilanzierung a bei Nichteingriff der Sauerstoffbilanzregelung innerhalb eines Totbandes, nämlich zwischen der obere Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle Rao im Magerbetrieb und der obere Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle Rao- im Fettbetrieb, wird die Sauerstoffbilanzierung a bei jedem Durchgang des Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses λ durch eine stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Schwelle λ=1 auf null zurückgesetzt. Dies liegt zu den Zeitpunkten t3 , t4 , und t5 vor. Zum Zeitpunkt t6 überschreitet das Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnis λ die Sauerstoffmassenstrom-Eingriffsfreigabeschwelle Rλ , wodurch die Sauerstoffbilanzregelung ebenfalls eingreift. Dies ist der Fall, wenn beispielsweise der Sauerstoffmassenstrom bei einem Ereignis so hoch ist, dass der Katalysator mit Sauerstoff in kürzester Zeit vollständig gefüllt werden würde. 2nd illustrates the functional principle of oxygen balancing and oxygen balance control according to the invention. At time t 1 , the oxygen balance a exceeds the oxygen balance intervention release threshold R ao , whereby the intervention of the oxygen balance control is released. At time t 2 , the oxygen balance a passes through the oxygen balance intervention threshold Rau, as a result of which the intervention of the oxygen balance control is ended and the oxygen balance is reset to zero. During the intervention of the oxygen balance control, the oxygen input into the catalyst during this period is the same 14 and the oxygen discharge from the catalyst 14 out. If the oxygen balance control does not intervene, the oxygen balance lies within a dead band, namely between the upper oxygen balance intervention release threshold R ao in lean operation and the upper oxygen balance intervention release threshold R ao- in rich operation, the oxygen balance is a with each pass of the actual fuel-air ratio λ reset to zero by a stoichiometric fuel-air ratio threshold λ = 1. This is at the time t 3 , t 4 , and t 5 in front. At the time t 6 exceeds the actual air-fuel ratio λ the oxygen mass flow intervention enable threshold R λ , which also affects the oxygen balance control. This is the case if, for example, the oxygen mass flow is so high during an event that the catalyst would be completely filled with oxygen in a very short time.

Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen.Structural embodiments other than the described embodiments are also possible, which fall within the scope of the main claim.

Claims (6)

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (10) mit einem Verbrennungsmotor (12) und einem Katalysator (14) zur Reinigung von Abgas des Verbrennungsmotors (12), wobei stromaufwärts des Katalysators (14) eine ein erstes Lambdasignal bereitstellende, erste Lambdasonde (20) und stromabwärts des Katalysators (14) eine ein zweites Lambdasignal bereitstellende, zweite Lambdasonde (22) vorgesehen sind, wobei anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung, anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung und anhand einer aus dem ersten und/oder zweiten Lambdasignal ermittelten Sauerstoffbilanzierung eine Sauerstoffbilanzregelung durchgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffbilanzregelung ab einer vordefinierten Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle eingreift und ab einer Sauerstoffbilanz-Eingriffsendschwelle der Eingriff beendet wird, wobei die Sauerstoffbilanzierung bei Nichteingriff der Sauerstoffbilanzregelung an jedem Durchgang des Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses durch eine stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Schwelle auf einen vordefinierten Anfangswert zurückgesetzt wird.Method for operating a drive device (10) with an internal combustion engine (12) and a catalytic converter (14) for purifying exhaust gas from the internal combustion engine (12), wherein upstream of the catalytic converter (14) a first lambda probe (20) providing a first lambda signal and downstream of the catalytic converter (14), a second lambda probe (22) providing a second lambda signal is provided, with a lambda control control based on the first lambda signal, a lambda trim control superimposed on the lambda control control based on the second lambda signal, and an oxygen balance determined using the first and / or second lambda signal Oxygen balance control are carried out, characterized in that the oxygen balance control intervenes from a predefined oxygen balance intervention release threshold and the intervention is terminated from an oxygen balance intervention end threshold, the oxygen balance in the event of non-intervention of the oxygen balance control is reset to a predefined initial value by a stoichiometric fuel-air ratio threshold at each pass of the actual air-fuel ratio. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle gleich oder höher als die Sauerstoffbilanz-Eingriffsendschwelle ist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the oxygen balance intervention release threshold is equal to or higher than the oxygen balance intervention end threshold. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Totband durch eine obere Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle und eine untere Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle definiert ist, wobei die Sauerstoffbilanzregelung oberhalb der oberen Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle und unterhalb der Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle eingreift.Procedure according to Claim 1 or 2nd , characterized in that a dead band is defined by an upper oxygen balance intervention enable threshold and a lower oxygen balance intervention enable threshold, wherein the oxygen balance control intervenes above the upper oxygen balance intervention enable threshold and below the oxygen balance intervention enable threshold. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordefinierte Anfangswert null ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the predefined initial value is zero. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine vordefinierte Sauerstoffmassenstrom-Eingriffsfreigabeschwelle vorgesehen ist, wobei die Sauerstoffbilanzregelung ab einem Sauerstoffmassenstrom oberhalb der Sauerstoffmassenstrom-Eingriffsfreigabeschwelle eingreift.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a predefined oxygen mass flow intervention release threshold is provided, wherein the oxygen balance control intervenes from an oxygen mass flow above the oxygen mass flow intervention release threshold. Antriebseinrichtung (10) für ein Kraftfahrzeug, mit einem Verbrennungsmotor (12) und einem Katalysator (14) zur Reinigung von Abgas des Verbrennungsmotors (10), wobei stromaufwärts des Katalysators (14) eine, ein erstes Lambdasignal bereitstellende erste Lambdasonde (20) und stromabwärts des Katalysators (14) eine, ein zweites Lambdasignal bereitstellende zweite Lambdasonde (22) vorgesehen ist, und wobei die Antriebseinrichtung (10) dazu ausgebildet ist, anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung, anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung und anhand einer aus dem ersten und/oder zweiten Lambdasignals ermittelten Sauerstoffbilanzierung eine Sauerstoffbilanzregelung durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffbilanzregelung derart ausgeführt ist, dass die Sauerstoffbilanzregelung ab einer vordefinierten Sauerstoffbilanz-Eingriffsfreigabeschwelle eingreift und ab einer Sauerstoffbilanz-Eingriffsendschwelle der Eingriff endet, wobei bei Nichteingriff des Sauerstoffbilanzreglers an jedem Durchgang des Ist-Kraftstoff-Luft-Verhältnisses durch eine stöchiometrische Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Schwelle die Sauerstoffbilanzierung auf einen vordefinierten Anfangswert zurückgesetzt wird.Drive device (10) for a motor vehicle, with an internal combustion engine (12) and a catalytic converter (14) for cleaning exhaust gas from the internal combustion engine (10), with a first lambda probe (20) providing a first lambda signal upstream of the catalytic converter (14) and downstream of the catalytic converter (14), a second lambda probe (22) providing a second lambda signal is provided, and the drive device (10) is designed to use the first lambda signal to control the lambda control, to use the second lambda signal to superimpose the lambda control control and to use one to carry out an oxygen balance control according to the first and / or second lambda signal, characterized in that the oxygen balance control is implemented in such a way that the oxygen balance control intervenes from a predefined oxygen balance intervention release threshold and from an oxygen balance intervention final threshold l the intervention ends, whereby at If the oxygen balance controller does not intervene at each pass of the actual air-fuel ratio through a stoichiometric air-fuel ratio threshold, the oxygen balance is reset to a predefined initial value.
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