DE102013017260B3 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine und einem Katalysator (3) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine, wobei stromaufwärts des Katalysators (3) eine, ein erstes Lambdasignal bereitstellende erste Lambdasonde (5) und stromabwärts des Katalysators (3) eine, ein zweites Lambdasignal bereitstellende zweite Lambdasonde (6) vorgesehen ist, und wobei anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung und anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung durchgeführt wird. Dabei ist vorgesehen, dass für die Lambdatrimmregelung ein Regler (7) und ein den Katalysator (3) modellierender Beobachter (8) verwendet werden, wobei dem Regler (7) ein Sollwert sowie ein mittels des Beobachters (8) ermittelter Modellfehler als Eingangsgrößen und den Beobachter (8) eine mittels des Reglers (7) ermittelte Stellgröße als Eingangsgröße zugeführt werden. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine und einem Katalysator zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine, wobei stromaufwärts des Katalysators eine, ein erstes Lambdasignal bereitstellende erste Lambdasonde und stromabwärts des Katalysators eine, ein zweites Lambdasignal bereitstellende zweite Lambdasonde vorgesehen ist, und wobei anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung und anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung durchgeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
  • Die Antriebseinrichtung dient beispielsweise dem Bereitstellen eines Drehmoments zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs. Sie verfügt wenigstens über die Brennkraftmaschine und den Katalysator. Der Katalysator dient zum Reinigen von Abgas, welches von der Brennkraftmaschine während ihres Betriebs erzeugt wird. Zu diesem Zweck wird das Abgas, insbesondere das gesamte Abgas der Brennkraftmaschine durch den Katalysator hindurchgeführt und anschließend in eine Außenumgebung der Antriebseinrichtung entlassen. Der Katalysator ist beispielsweise als Dreiwegekatalysator ausgeführt. Er verfügt insbesondere über eine Sauerstoffspeichereinrichtung beziehungsweise ist zur Speicherung von Sauerstoff ausgebildet.
  • In dem Abgas der Brennkraftmaschine enthaltene Schadstoffe werden bei dem Durchströmen des Katalysators in ungefährlichere Produkte umgewandelt. Die Konvertierungsleistung des Katalysators hängt jedoch stark von der Abgaszusammensetzung, insbesondere der Abgaszusammensetzung stromaufwärts des Katalysators, ab. So ist die Konvertierungsleistung des Katalysators am höchsten, wenn stromaufwärts des Katalysators eine Abgaszusammensetzung vorliegt, die aus der Verbrennung von Kraftstoff und Sauerstoff unter einem stöchiometrischen Verhältnis resultiert. Aus diesem Grund ist stromaufwärts des Katalysators die erste Lambdasonde und stromabwärts des Katalysators die zweite Lambdasonde vorgesehen, welche jeweils derart angeordnet sind, dass ihr jeweiliges Lambdasignal die Abgaszusammensetzung, insbesondere des Restsauerstoffgehalt, an der entsprechenden Stelle wiedergibt. Die erste Lambdasonde stellt dabei das erste Lambdasignal, die zweite Lambdasonde das zweite Lambdasignal bereit.
  • Eine möglichst hohe Konvertierungsleistung des Katalysators wird erzielt, wenn das erste Lambdasignal derjenigen Abgaszusammensetzung entspricht, die aus der stöchiometrischen Verbrennung resultiert und im Folgenden als stöchiometrische Abgaszusammensetzung bezeichnet wird, sowie auch das zweite Lambdasignal einem für die Konvertierung optimalem Signal entspricht. Letzteres ist insbesondere der Fall, wenn auch das zweite Lambdasignal einer stöchiometrischen Abgaszusammensetzung entspricht, also einen Wert von λ = 1 wiederspiegelt.
  • Anhand des ersten Lambdasignals wird nun die Lambdaführungsregelung und anhand des zweiten Lambdasignals die Lambdatrimmregelung durchgeführt. Die Lambdaführungsregelung erfolgt dabei vorzugsweise mit einer kleineren Zeitkonstante als die Lambdatrimmregelung; die Lambdaführungsregelung ist insoweit eine „schnellere” Regelung als die Lambdatrimmregelung. Die Lambdaführungsregelung und die Lambdatrimmregelung werden bevorzugt im Rahmen einer Kaskadenregelung durchgeführt. Die unter Verwendung der Lambdatrimmregelung ermittelte Stellgröße wird beispielsweise einer weiteren Stellgröße überlagert, die mithilfe der Lambdaführungsregelung ermittelt wird.
  • Beispielsweise dient die Lambdatrimmregelung 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, weil eine solche häufig fehlerbehaftet, insbesondere mit einem Offset beaufschlagt ist. Als zweite Lambdasonde kann ebenfalls eine Breitbandlambdasonde verwendet werden. Besonders bevorzugt wird jedoch eine Sprunglambdasonde herangezogen, welche im Gegensatz zur Breitbandlambdasonde einen kleineren Messbereich hat, jedoch deutlich genauer arbeitet.
  • Aufgrund der Anordnung der ersten Lambdasonde stromaufwärts des Katalysators weist diese lediglich eine geringe Totzeit auf, die beispielsweise der Zeit entspricht, welche das Abgas benötigt, um von der Brennkraftmaschine bis zu der Lambdasonde zu gelangen. Stromabwärts der ersten Lambdasonde durchströmt das Abgas den Katalysator. Weil dieser zum einen ein großes Strömungsvolumen darstellt und zum anderen die chemische Zusammensetzung des Abgases verändert, insbesondere bedingt durch die Konvertierung von Schadstoffen und/oder das Zwischenspeichern von Sauerstoff mittels der Sauerstoffspeichereinrichtung, ist die Totzeit für die zweite Lambdasonde deutlich größer.
  • Typischerweise neigen jedoch Regelstrecken mit einer großen Totzeit bei einer zu großen Regelverstärkung zur Instabilität. Das bedeutet, dass die Stellgröße des Regelkreises erst mit einer derartig großen Verzögerung Auswirkungen auf den Ausgang nach der Regelstrecke und damit auf die Regeldifferenz hat, dass sich der Regelkreis aufschwingen kann. Es ist somit ohne weiteres einsichtig, dass die Lambdaführungsregelung mit einer größeren Verstärkung betrieben werden kann als die Lambdatrimmregelung, ohne dass der entsprechende Regelkreis instabil wird beziehungsweise sich aufschwingt.
  • Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2008 040 737 A1 bekannt, welche ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dynamiküberwachung einer Breitband-Lambdasonde zeigt. Weiterhin beschreibt die Druckschrift US 2004/0040286 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ansteuern einer Brennkraftmaschine, um einen Sauerstoffspeicherlevel einer Abgasreinigungseinrichtung einzustellen. Die Vorrichtung weist Sauerstoffsensoren auf, welche in einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine stromaufwärts und stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung angeordnet sind. Die Sauerstoffsensoren erzeugen ein erstes Lambdasignal und ein zweites Lambdasignal. Das System weist weiterhin ein Steuergerät auf, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis in Abhängigkeit von dem ersten Lambdasignal und dem zweiten Lambdasignal zu bestimmen, um Abweichungen des ersten Lambdasignals zu korrigieren. Das Steuergerät ist weiterhin derart ausgeführt, dass es einen Sauerstofffüllgrad der Abgasreinigungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem zweiten Lambdasignal schätzt. Schließlich ist das Steuergerät derart ausgestaltet, dass es ein Steuersignal für die Brennkraftmaschine erzeugt, welches von dem korrigierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und dem Schätzwert des Sauerstofffüllstands abhängt.
  • Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches den vorstehend beschriebenen Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere ein Durchführen der Lambdatrimmregelung mit einer kleinen Zeitkonstante beziehungsweise einer großen Regelverstärkung ermöglicht, insbesondere mit einer Zeitkonstante oder Regelverstärkung in derselben Größenordnung wie sie für die Lambdaführungsregelung Anwendung findet.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass für die Lambdatrimmregelung ein Regler und ein den Katalysator modellierender Beobachter verwendet werden, wobei dem Regler ein Sollwert sowie ein mittels des Beobachters ermittelter Modellfehler als Eingangsgrößen und dem Beobachter eine mittels des Reglers ermittelte Stellgröße als Eingangsgröße zugeführt werden. Dem Regler, welcher bei einer derartigen Lambdatrimmregelung üblicherweise vorhanden ist, wird also der Beobachter zugeordnet. Mittels des Beobachters soll das Verhalten des Katalysators modelliert beziehungsweise vorhergesagt werden. Zu diesem Zweck wird dem Beobachter die Stellgröße als Eingangsgröße zugeführt, wobei die Stellgröße als Ausgangsgröße des Reglers vorliegt.
  • Der Beobachter ermittelt aus dieser Stellgröße eine Modellgröße. Aus dieser wird nachfolgend der Modellfehler bestimmt und dem Regler als Eingangsgröße zugeführt. Das Ermitteln des Modellfehlers erfolgt bevorzugt mithilfe einer mathematischen Beziehung aus einer Regelgröße des Regelkreises sowie der Modellgröße. Beispielsweise ergibt sich der Modellfehler aus der Differenz zwischen der Regelgröße und der Modellgröße. Die Regelgröße ist dabei beispielsweise das zweite Lambdasignal oder ein aus dem zweiten Lambdasignal ermittelter Wert, insbesondere Lambdawert.
  • Es kann also vorgesehen sein, dass das zweite Lambdasignal unmittelbar als Regelgröße herangezogen wird. Alternativ besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass aus dem zweiten Lambdasignal ein Lambdawert ermittelt wird, beispielsweise durch Linearisierung. Dieser zweite Lambdawert wird anschließend als Regelgröße verwendet. Der Modellfehler stellt insoweit die Abweichung des tatsächlichen Verhaltens des Katalysators von dem im Rahmen des Beobachters erwarteten Verhaltens des Katalysators dar.
  • Es kann vorgesehen sein, dass der Regler die Stellgröße mithilfe einer Vorsteuerung anhand des Sollwerts einerseits und einer auf dem Modellfehler basierenden Regelung andererseits ermittelt. Weil somit lediglich der Modellfehler als Regeldifferenz herangezogen wird, kann eine sehr stabile Lambdatrimmregelung realisiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann selbstverständlich das zweite Lambdasignal beziehungsweise der aus dieser bestimmte Wert, insbesondere der Lambdawert, als Eingangsgröße des Reglers herangezogen werden. In diesem Fall kann sich die Regeldifferenz, aufgrund welcher der Regler die Stellgröße ermittelt, sowohl aus der Differenz zwischen dem Sollwert und dem zweiten Lambdasignal beziehungsweise dem entsprechenden Wert einerseits sowie dem Modellfehler andererseits ergeben.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Modellfehler eine Differenz zwischen dem zweiten Lambdasignal oder einem aus diesem bestimmten Wert und einer als Ausgangsgröße des Beobachters vorliegenden Modellgröße verwendet wird. Auf eine derartige Ausgestaltung wurde bereits vorstehend eingegangen. Insbesondere wird zur Bestimmung des Modellfehlers die Modellgröße von dem zweiten Lambdasignal beziehungsweise von dem aus diesem bestimmten Wert abgezogen.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass als Stellgröße des Reglers ein Kraftstoff-Luftverhältnis eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs verwendet wird. Das Zusammenstellen des Kraftstoff-Luft-Gemischs wird mithin anhand der Stellgröße vorgenommen. Während die Menge des Kraftstoffs vergleichsweise schnell mithilfe der Einspritzeinrichtung verändert werden kann, ist eine Veränderung der Luftmasse beziehungsweise des Luftmassenstroms nur vergleichsweise langsam möglich, insbesondere mithilfe einer Drosselklappe der Brennkraftmaschine.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Beobachter den Katalysator auf Grundlage einer Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators und/oder einer Gaslaufzeit durch den Katalysator modelliert. Der Beobachter hat die Aufgabe, das Übertragungsverhalten der Strecke, in diesem Fall den Katalysator, derart abzubilden, dass eine Vorhersage darüber gemacht werden kann, wann sich die Stellgröße, also das Kraftstoff-Luft-Verhältnis des der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs, welches an der Brennkraftmaschine eingestellt wird, auf den Ausgang der Strecke auswirkt, also eine Änderung des zweiten Lambdasignals bewirkt.
  • Eingangs wurde erläutert, dass der Katalysator über die Sauerstoffspeichereinrichtung verfügt. Diese weist die Sauerstoffspeicherkapazität auf. Diese kann sich jedoch aufgrund von verschiedenen Parametern ändern. Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass sich die Sauerstoffspeicherkapazität, also die Fähigkeit des Katalysators, Sauerstoff zwischenzuspeichern, stark auf die Fähigkeit des Katalysators auswirkt, sich verändernde Abgaseigenschaften, insbesondere ein sich veränderndes Kraftstoff-Luft-Verhältnis, auszugleichen. Je größer die Sauerstoffspeicherkapazität ist, desto größer ist die Totzeit, welche mithilfe des den Katalysator modellierenden Beobachters berücksichtigt werden muss. Unter der Sauerstoffspeicherkapazität ist bevorzugt die momentan noch verbleibende Sauerstoffkapazität, die sich aus dem Maximalfüllstand und dem momentanen Füllstand des Sauerstoffspeichers bestimmt, der auch als Istfüllstand bezeichnet werden kann.
  • Vorstehend wurde bereits erwähnt, dass der Katalysator ein großes Strömungsvolumen aufweist, sodass insoweit die Gaslaufzeit durch den Katalysator hindurch unter Umständen eine größere Totzeit bewirkt als die Strömung des Abgases von der Brennkraftmaschine bis hin zu der ersten Lambdasonde. Entsprechend wird zusätzlich oder alternativ zu der Sauerstoffspeicherkapazität die Gaslaufzeit für die Modellierung des Katalysators durch den Beobachter herangezogen.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sauerstoffspeicherkapazität aus dem Abgasmassenstrom, der Abgastemperatur und/oder einem Alterungszustand des Katalysators ermittelt wird. Der Abgasmassenstrom beschreibt die Menge des Abgases, welche den Katalysator pro Zeiteinheit durchströmt. In Abhängigkeit von der tatsächlichen Zusammensetzung des den Katalysator durchströmenden Abgases wird sich mithin eine Veränderung der Sauerstoffspeicherkapazität ergeben. Unter der Sauerstoffspeicherkapazität ist bevorzugt die noch verbleibende Sauerstoffspeicherkapazität zu verstehen, also die Differenz zwischen dem Maximalfüllstand und dem momentanen Istfüllstand des Katalysators beziehungsweise der Sauerstoffspeichereinrichtung. Beispielsweise ergibt sich die Sauerstoffspeicherkapazität aus dem Integral des Abgasmassenstroms multipliziert mit dem ersten Lambdasignal beziehungsweise einem aus diesem bestimmten Lambdawert über der Zeit.
  • Zusätzlich oder alternativ ist die Abgastemperatur ein Einflussfaktor für die Sauerstoffspeicherkapazität. Auch der Alterungszustand des Katalysators kann eine Rolle spielen. Mit steigender Lebensdauer des Katalysators sinkt dessen Fähigkeit zum Zwischenspeichern von Sauerstoff. Der Maximalfüllstand des Katalysators beziehungsweise der Sauerstoffspeichereinrichtung sinkt also ab. Entsprechend verringert sich auch die Sauerstoffspeicherkapazität, welche noch zum Einspeichern von Sauerstoff zur Verfügung steht. Der Alterungszustand wird beispielsweise während eines Kalibrierbetriebs des Katalysators ermittelt, welcher beispielsweise periodisch in bestimmten Zeitabständen durchgeführt wird.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Gaslaufzeit aus dem Abgasmassenstrom, der Abgastemperatur und/oder einer Volumenkenngröße bestimmt wird. Der Abgasmassenstrom entspricht der Masse des Abgases, welche pro Zeiteinheit in den Katalysator einströmt beziehungsweise diesen durchströmt. Aus diesem Abgasmassenstrom und der Volumenkenngröße, welche beispielsweise dem Gesamtvolumen des Katalysators oder einem Effektivvolumen des Katalysators entspricht, kann nun die Gaslaufzeit ermittelt werden. Zusätzlich kann auch die Abgastemperatur Berücksichtigung finden, welche Einfluss auf die Dichte des Abgases und somit dessen Volumen hat.
  • Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Beobachter wenigstens ein Totzeitglied mit einem Totzeitparameter aufweist. Ein derartiges Totzeitglied ist beispielsweise ein PT1-Zeitglied. Das Totzeitglied weist den Totzeitparameter auf, mittels welchem diejenige Zeitspanne charakterisiert wird, die sich von einer durch die Lambdatrimmregelung bewirkten Änderung der Stellgröße bis zu einer auf diese Stellgrößenänderung zurückzuführende Änderung des zweiten Lambdasignals erstreckt. Zusätzlich kann der Beobachter ein Filterglied, insbesondere ein Filterglied erster Ordnung aufweisen.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Beobachter als Prädiktor vorliegt. Mithilfe des Beobachters kann ein zukünftiger Zustand des Katalysators prädiziert werden. Der Prädiktor ist insbesondere als Smith-Prädiktor oder dergleichen ausgebildet.
  • Schließlich kann vorgesehen sein, dass als erste Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde und/oder als zweite Lambdasonde eine Sprunglambdasonde verwendet werden/wird. Auf eine derartige Ausgestaltung der Antriebseinrichtung wurde vorstehend bereits eingegangen. Selbstverständlich können beide Lambdasonden beliebig ausgestaltet sein und jeweils entweder als Breitbandlambdasonde oder als Sprunglambdasonde vorliegen. Besonders bevorzugt ist jedoch die erste Lambdasonde als Breitbandlambdasonde ausgeführt. Die zweite Lambdasonde kann dabei ebenfalls als Breitbandlambdasonde oder besonders bevorzugt als Sprunglambdasonde ausgestaltet sein.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, mit einer Brennkraftmaschine und einem Katalysators zum Reinigen von Abgas der Brennkraftmaschine, wobei stromaufwärts des Katalysators eine, ein erstes Lambdasignal bereitstellende erste Lambdasonde und stromabwärts des Katalysators eine, ein zweites Lambdasignal bereitstellende zweite Lambdasonde vorgesehen ist, und wobei die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung und anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung durchzuführen.
  • Dabei sind für die Lambdatrimmregelung ein Regler und ein den Katalysator modellierender Beobachter vorgesehen, wobei die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, dem Regler einen Sollwert sowie einen mittels des Beobachters ermittelten Modellfehler als Eingangsgrößen und dem Beobachter eine mittels des Reglers ermittelte Stellgröße als Eingangsgröße zuzuführen. Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung sowie des Verfahrens wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
  • Selbstverständlich kann die Antriebseinrichtung als Hybridantriebseinrichtung vorliegen, welche mehrere Antriebsaggregate aufweist. Besonders bevorzugt sind diese Antriebsaggregate zumindest teilweise voneinander verschieden. Insbesondere liegt ein erstes der Antriebsaggregate als die Brennkraftmaschine vor. Ein zweites der Antriebsaggregate kann beispielsweise als elektrische Maschine ausgeführt sein.
  • 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 eines Bereichs einer Antriebseinrichtung,
  • 2 ein Blockschemata für ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung in einer ersten Ausführungsform, und
  • 3 ein Blockschemata für ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung in einer zweiten Ausführungsform.
  • Die 1 zeigt einen Bereich einer Antriebseinrichtung 1, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs. Die Antriebseinrichtung 1 verfügt über eine hier nicht dargestellte Brennkraftmaschine sowie einen Abgastrakt 2, durch welchen von der Brennkraftmaschine 2 erzeugtes Abgas geführt wird. In dem Abgastrakt 2 ist ein Katalysator 3, insbesondere ein Dreiwegekatalysator, angeordnet. Dieser wird in Richtung des Pfeils 4 von Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt. Stromaufwärts des Katalysators 3 ist eine erste Lambdasonde 5 vorgesehen. Diese ragt in das Abgas hinein und stellt ein erstes Lambdasignal bereit, welches eine Zusammensetzung des Abgases stromaufwärts des Katalysators 3 wiedergibt. Des Weiteren ist eine zweite Lambdasonde 6 vorhanden, welche stromabwärts des Katalysators 3, insbesondere unmittelbar stromabwärts des Katalysators 3, angeordnet ist. Sie ragt ebenfalls in das Abgas hinein und stellt ein zweites Lambdasignal bereit, welches die Abgaszusammensetzung des Abgases stromabwärts des Katalysators 3 wiederspiegelt.
  • Es ist ohne Weiteres ersichtlich, dass das Abgas von der Brennkraftmaschine bis zur ersten Lambdasonde 5 eine erste Zeitspanne benötigt, während es von der Brennkraftmaschine bis zu der zweiten Lambdasonde 6 eine zweite Zeitspanne benötigt, wobei diese größer ist als die erste Zeitspanne. Die Differenz zwischen den beiden Zeitspannen wird insbesondere durch den Katalysator 3 bewirkt, welcher ein vergleichsweise großes Strömungsvolumen aufweist. Zudem verfügt der Katalysator 3 über eine Sauerstoffspeichereinrichtung (nicht dargestellt), mittels welcher Sauerstoff zwischengespeichert und mithin Veränderungen der Abgaszusammensetzung stromaufwärts des Katalysators zumindest zeitweise ausgeglichen werden können.
  • Anhand des ersten Lambdasignals wird nun eine Lambdaführungsregelung durchgeführt, während anhand des zweiten Lambdasignals eine Lambdatrimmregelung vorgenommen wird. Diese Lambdatrimmregelung ist dabei der Lambdaführungsregelung überlagert beziehungsweise dient deren Korrektur.
  • Die 2 zeigt ein Blockschemata für die vorstehend beschriebene Lambdatrimmregelung. Für diese werden ein Regler 7 sowie ein Beobachter 8 verwendet. Die Regelstrecke, welche in diesem Fall dem Katalysator 3 entspricht, ist durch das Bezugszeichen 9 gekennzeichnet. Einem Summationspunkt 10 wird entlang des Pfeils 11 ein Sollwert und entlang des Pfeils 12 ein Modellfehler zugeführt. Der Modellfehler wird dabei von dem Sollwert abgezogen. Das Ergebnis dieser Subtraktion wird dem Regler 7 zugeführt, welcher aus dieser Größe eine Stellgröße ermittelt, welche entlang des Pfeils 13 der Regelstrecke 9 und entlang des Pfeils 14 dem Beobachter 8 zugeführt wird. Stromabwärts der Regelstrecke 9, also des Katalysators, wird die Abgaszusammensetzung mithilfe der zweiten Lambdasonde 6 ermittelt, wobei das von dieser bereitgestellte zweite Lambdasignal als Regelgröße dient, welche entlang des Pfeils 15 einem Summationspunkt 16 zugeführt wird.
  • Der Beobachter 8 ist zur Modellierung des Katalysators 3 ausgebildet und weist zu diesem Zweck beispielsweise wenigstens ein Totzeitglied auf. Der Beobachter 8 ermittelt aus der Stellgröße eine Modellgröße, welche entlang des Pfeils 17 ebenfalls dem Summationspunkt 16 zugeführt wird. Im Falle eines idealen Modells entspricht die Modellgröße zumindest zeitweise der Regelgröße. In dem Summationspunkt 16 wird der Modellfehler durch Subtraktion der Modellgröße von der Regelgröße ermittelt und nachfolgend, wie bereits beschrieben, entlang des Pfeils 12 dem Summationspunkt 10 zugeführt. Dieser Modellfehler dient entsprechend als Regeldifferenz des Reglers 7, während der Sollwert vorzugsweise zur Vorsteuerung verwendet wird.
  • Die 3 zeigt ein Blockschemata für ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung 1 in einer zweiten Ausführungsform. Dieses ist im Wesentlichen entsprechend der vorstehenden Ausführungen ausgebildet, sodass insoweit auf diese verwiesen wird. Der Unterschied liegt in der Signalrückführung, auf welche nachfolgend eingegangen wird. Anstelle der Summationspunkte 10 und 16 sind nun die Summationspunkte 18 und 19 vorgesehen. Dem ersten Summationspunkt 18 wird über den Pfeil 11 der Sollwert zugeführt.
  • Zudem wird die Regelgröße entlang des Pfeils 21 zu dem Summationspunkt 18 geführt, an welchem eine Zwischengröße durch Subtraktion der Regelgröße von dem Sollwert ermittelt und entlang des Pfeils 22 dem Summationspunkt 19 zugeführt wird. Diesem wird gleichzeitig die mittels des Beobachters 8 bestimmte Modellgröße entlang des Pfeils 23 zugeführt und mit der Zwischengröße addiert. Das Ergebnis dieser Addition wird entlang des Pfeils 24 dem Regler 7 zugeführt. Der Wert, welcher tatsächlich dem Regler 7 zugeführt wird, entspricht jedoch dem bereits anhand der 2 erläuterten Wert.
  • Mithilfe der vorstehend dargelegten Vorgehensweise kann die Stabilität der Lambdatrimmregelung deutlich verbessert werden, sodass diese mit einer Verstärkung betrieben werden kann, welche dieselbe Größenordnung aufweist wie die Verstärkung der Lambdaführungsregelung. Beispielsweise ist die Verstärkung der Lambdatrimmregelung mindestens so groß wie die Verstärkung der Lambdaführungsregelung. Auf Störungen des Betriebsverhaltens des Katalysators 3 kann mithin rascher reagiert werden, als dies bislang der Fall ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebseinrichtung
    2
    Abgastrakt
    3
    Katalysator
    4
    Pfeil
    5
    1. Lambdasonde
    6
    2. Lambdasonde
    7
    Regler
    8
    Beobachter
    9
    Regelstrecke
    10
    Summationspunkt
    11
    Pfeil
    12
    Pfeil
    13
    Pfeil
    14
    Pfeil
    15
    Pfeil
    16
    Summationspunkt
    17
    Pfeil
    18
    Summationspunkt
    19
    Summationspunkt
    20
    Pfeil
    21
    Pfeil
    22
    Pfeil
    23
    Pfeil
    24
    Pfeil

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine und einem Katalysator (3) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine, wobei stromaufwärts des Katalysators (3) eine, ein erstes Lambdasignal bereitstellende erste Lambdasonde (5) und stromabwärts des Katalysators (3) eine, ein zweites Lambdasignal bereitstellende zweite Lambdasonde (6) vorgesehen ist, und wobei anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung und anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lambdatrimmregelung ein Regler (7) und ein den Katalysator (3) modellierender Beobachter (8) verwendet werden, wobei dem Regler (7) ein Sollwert sowie ein mittels des Beobachters (8) ermittelter Modellfehler als Eingangsgrößen und dem Beobachter (8) eine mittels des Reglers (7) ermittelte Stellgröße als Eingangsgröße zugeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Modellfehler eine Differenz zwischen dem zweiten Lambdasignal und einer als Ausgangsgröße des Beobachters (8) vorliegenden Modellgröße verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Stellgröße des Reglers (7) ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs verwendet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachter (8) den Katalysator (3) auf Grundlage einer Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators (3) und/oder einer Gaslaufzeit durch den Katalysator (3) modelliert.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffspeicherkapazität aus dem Abgasmassenstrom, der Abgastemperatur und/oder einem Alterungszustand des Katalysators (3) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gaslaufzeit aus dem Abgasmassenstrom, der Abgastemperatur und/oder einer Volumenkenngröße bestimmt wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachter (8) wenigstens ein Totzeitglied mit einem Totzeitparameter aufweist.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Beobachter (8) als Prädiktor vorliegt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Lambdasonde (5) eine Breitbandlambdasonde und/oder als zweite Lambdasonde (6) eine Sprunglambdasonde verwendet werden/wird.
  10. Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine und einem Katalysator (3) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine, wobei stromaufwärts des Katalysators (3) eine, ein erstes Lambdasignal bereitstellende erste Lambdasonde (5) und stromabwärts des Katalysators (3) eine, ein zweites Lambdasignal bereitstellende zweite Lambdasonde (6) vorgesehen ist, und wobei die Antriebseinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, anhand des ersten Lambdasignals eine Lambdaführungsregelung und anhand des zweiten Lambdasignals eine der Lambdaführungsregelung überlagerte Lambdatrimmregelung durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lambdatrimmregelung ein Regler (7) und ein den Katalysator (3) modellierender Beobachter (8) vorgesehen sind, wobei die Antriebseinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, dem Regler (7) einen Sollwert sowie einen mittels des Beobachters (8) ermittelten Modellfehler als Eingangsgrößen und dem Beobachter (8) eine mittels des Reglers (7) ermittelte Stellgröße als Eingangsgröße zuzuführen.
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