DE102014015523B3

DE102014015523B3 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102014015523B3
Application number: DE102014015523.4A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2014-10-20
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2034-10-21
Also published as: US10113497B2; US20160108836A1; CN105526020B; CN105526020A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine und einem Abgastrakt (2), in welchem ein Speicherkatalysator (3) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine, eine erste Lambdasonde (5) stromaufwärts des Speicherkatalysators (3) sowie eine zweite Lambdasonde (6) stromabwärts des Speicherkatalysators (3) angeordnet sind, wobei ein Lambdawert zur Regelung einer Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine aus einem Messsignal der ersten Lambdasonde (5) sowie einem Offsetwert ermittelt wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Offsetwert mittels einer Trimmregelung bestimmt wird, wenn ein Messsignal der zweiten Lambdasonde (6) in einem Normalbetriebswertebereich (7) liegt, und dass der Offsetwert in einem Regenerationszeitraum, während welchem der Speicherkatalysator (3) regeneriert wird, um einen bestimmten Korrekturwert angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde (6) außerhalb des Normalbetriebswertebereichs (7) liegt. 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 aus einem Messsignal der ersten Lambdasonde sowie einem Offsetwert ermittelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
Die Antriebseinrichtung dient beispielsweise dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise ist Bestandteil des Kraftfahrzeugs. Sie 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 dient. Der Speicherkatalysator liegt beispielsweise in Form eines NO_x-Speicherkatalysators vor.
Die Antriebseinrichtung verfügt über wenigstens zwei Lambdasonden. 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 eines 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 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.
Der Offsetwert kann beispielsweise anhand eines Messsignals der zweiten Lambdasonde ermittelt werden, insbesondere im Rahmen einer 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 lediglich 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 einen 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 führt.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift EP 1 373 700 B1 bekannt. Diese betrifft ein Verfahren zur Reinigung des Abgases einer mittels Lambdaregelung betriebenen Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt, in dem ein Katalysator angeordnet ist. Dabei soll fortlaufend ein Vorkatlambdawert des Abgases stromaufwärts des Katalysators erfasst werden, wobei ein Vorkatlambdasignal erzeugt wird. Das Vorkatlambdasignal wird dabei als Führungsgröße der Lambdaregelung verwendet. Weiterhin soll fortlaufend ein Nachkatlambdawert des Abgases stromab des Katalysators erfasst werden, wobei ein Nachkatlambdasignal erzeugt wird, das monoton fallend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators abhängt. Mittels des Nachkatlambdasignals wird in einer Trimmregelung eine Korrektur der Lambdaregelung durchgeführt.
Dabei ist vorgesehen, dass ein Messsignal erzeugt wird, das zumindest unterhalb eines bestimmten Lambdawertes nahe Lambda = 1 streng monoton steigend oder fallend vom Lambdawert des Abgases stromab des Katalysators abhängt, und bei Signalpegeln des Nachkatlambdasignals oberhalb eines Schwellenwerts das weitere Messsignal und bei Signalpegeln des Nachkatlambdasignals unterhalb dieses Schwellenwerts das Nachkatlambdasignal selbst zur Trimmregelung verwendet wird.
Ferner sind aus der Druckschrift DE 10 2012 019 907 A1 jeweils ein Verfahren sowie eine Antriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 10 der vorliegenden Erfindung bekannt.
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber dem bekannten Stand der Technik Vorteile aufweist, insbesondere eine zuverlässigere Regelung der Gemischzusammensetzung zulässt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Offsetwert mittels einer Trimmregelung bestimmt wird, wenn ein Messsignal der zweiten Lambdasonde in einem Normalbetriebswertebereich liegt, und dass der Offsetwert in einem Regenerationszeitraum, während welchem der Speicherkatalysator regeneriert wird, um einen bestimmten Korrekturwert angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des Normalbetriebswertebereichs liegt. Insoweit sind zwei unterschiedliche Betriebsarten vorgesehen. Eine erste Betriebsart wird durchgeführt, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde in dem Normalbetriebswertebereich liegt. Die zweite Betriebsart ist dagegen für den Fall vorgesehen, dass das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des Normalbetriebswertebereichs liegt.
Wird als zweite Lambdasonde eine Sprunglambdasonde verwendet, so weist der Normalbetriebswertebereich als untere Grenze beispielsweise mindestens 0,30 V, mindestens 0,35 V, mindestens 0,40 V, mindestens 0,45 V oder mindestens 0,50 V auf. Als obere Grenze ist beispielsweise maximal 0,80 V, maximal 0,75 V oder maximal 0,70 V vorgesehen. Die Trimmregelung ist beispielsweise eine PID-Trimmregelung, also eine Trimmregelung mittels eines PID-Reglers.
Wird festgestellt, dass das Messsignal der zweiten Lambdasonde in dem Normalbetriebswertebereich liegt, so wird die übliche Vorgehensweise angewandt, also der Offsetwert mittels der Trimmregelung bestimmt. Beispielsweise wird zu diesem Zweck ein PI-Regler verwendet. Mithilfe dieser Vorgehensweise wird innerhalb des Normalbetriebswertebereichs eine zwar langsame, jedoch sehr genaue Regelung vorgenommen, sodass 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 Normalbetriebswertebereichs, 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.
Vorzugsweise erfolgt das Anpassen des Offsetwerts mittels des Korrekturwerts in dem Regenerationszeitraum, also beispielsweise zu Beginn, während oder am Ende des Regenerationszeitraums. Während des Regenerationszeitraums erfolgt das Regenerieren des Speicherkatalysators. Der Regenerationszeitraum beziehungsweise das Regenerieren des Speicherkatalysators wird beispielsweise in Abhängigkeit von dem Messsignal der zweiten Lambdasonde eingeleitet. Vorzugsweise wird das Regenerieren vorgenommen, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des Normalbetriebswertebereichs liegt.
Der Normalbetriebswertebereich wird zu diesem Zweck vorzugsweise derart gewählt, dass ein Verlassen des Normalbetriebswertebereichs durch das Messsignal der zweiten Lambdasonde anzeigt, dass der Speicherkatalysators beziehungsweise ein Sauerstoffspeicher des Speicherkatalysators entweder vollständig, zumindest nahezu vollständig, gefüllt oder entleert ist. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass das Regenerieren des Speicherkatalysators beziehungsweise dessen Sauerstoffspeichers regelmäßig durchgeführt wird, also in bestimmten Zeitabständen, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des Normalbetriebswertebereichs liegt.
Zum Regenerieren des Speicherkatalysators wird die Gemischzusammensetzung derart geändert, dass der Speicherkatalysator – in Abhängigkeit von dem Messsignal der zweiten Lambdasonde – entweder gefüllt oder geleert wird. Deutet beispielsweise das Messsignal der zweiten Lambdasonde auf einen Sauerstoffüberschuss in dem Abgas stromabwärts des Speicherkatalysators hin, so wird der Kraftstoffanteil des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischs vergrößert, sodass das Gemisch fetter ist und somit weniger, insbesondere kein, unverbrannter Sauerstoff in dem Abgas vorliegt. Entsprechend wird der in dem Speicherkatalysators zwischengespeicherte Sauerstoff ausgetragen.
Umgekehrt kann es selbstverständlich vorgesehen sein, dass der Kraftstoffanteil des Gemischs verringert wird, sodass insoweit ein fetteres Gemisch vorliegt, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde in dem Abgas stromabwärts des Speicherkatalysators Sauerstoffmangel andeutet. In diesem Fall wird die Menge des in dem Abgas vorliegenden unverbrannten Sauerstoffs vergrößert, sodass insoweit Sauerstoff in den Speicherkatalysator eingetragen und dort zwischengespeichert wird. Beispielsweise wird soviel Sauerstoff in den Speicherkatalysator eingetragen oder aus diesem ausgetragen, dass der Speicherkatalysator beziehungsweise der Sauerstoffspeicher am Ende des Regenerationszeitraums einen bestimmten Befüllungsgrad aufweist, beispielsweise 50%.
Diese Veränderung des der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischs erfolgt innerhalb des Regenerationszeitraums. Zu Beginn des Regenerationszeitraums wird insoweit die Gemischzusammensetzung verändert und zum Ende des Regenerationszeitraums wieder zurückgestellt, insbesondere auf einen Wert, welcher aus der Regelung anhand des Messsignals der ersten Lambdasonde ermittelt wurde. Vorzugsweise wird während des Regenerationszeitraums die Trimmregelung ausgesetzt, also abgesehen von der Korrektur mittels des Korrekturwerts konstant gehalten.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Anpassen des Offsetwerts zu Beginn, während oder am Ende des Regenerationszeitraums vorgenommen wird. Das Anpassen des Offsetwerts um den bestimmten Korrekturwert kann grundsätzlich zu einem beliebigen Zeitpunkt durchgeführt werden. Vorzugsweise wird es zu Beginn des Regenerationszeitraums, während des Regenerationszeitraums oder am Ende des Regenerationszeitraums vorgenommen, wobei letzteres bevorzugt wird. Das Anpassen des Offsetwerts, welcher die Regelung der Gemischzusammensetzung unmittelbar beeinflusst, wird insoweit nicht durchgeführt, wenn die Gemischzusammensetzung tatsächlich anhand der Regelung ermittelt wird. Eine Beeinflussung des Betriebs der Brennkraftmaschine durch das Anpassen des Offsetwerts liegt mithin nicht vor.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Regenerieren des Speicherkatalysators ein Füllen oder ein Leeren eines Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators umfasst, wobei zum Füllen des Sauerstoffspeichers die Brennkraftmaschine über einen bestimmten Zeitraum mit einer mageren Gemischzusammensetzung und zum Leeren mit einer fetteren Gemischzusammensetzung betrieben wird. Darunter ist jeweils zu verstehen, dass die Gemischzusammensetzung im Vergleich zu einer Gemischzusammensetzung, welche sich aus der Regelung anhand des Messsignals der ersten Lambdasonde ergibt, entweder magerer oder fetter ist. Wie bereits vorstehend erläutert, wird anhand des Messsignals der zweiten Lambdasonde entschieden, ob der Sauerstoffspeicher des Speicherkatalysators gefüllt oder geleert werden soll.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Regenerationszeitraum eingeleitet wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des Normalbetriebswertebereichs liegt. Auch hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Das Regenerieren des Speicherkatalysators beziehungsweise des Sauerstoffspeichers ist lediglich dann notwendig, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde entweder einen vollständig oder zumindest nahezu vollständig gefüllten oder geleerten Sauerstoffspeicher anzeigt. Es kann jedoch vorgesehen sein, dass zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationszeiträumen ein Mindestzeitabstand vorliegen muss. Dieser Mindestzeitabstand kann beispielsweise anhand des Messsignals der zweiten Lambdasonde ermittelt werden. Je weiter das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des Normalbetriebswertebereichs liegt, umso kürzer kann der Mindestzeitabstand gewählt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Offsetwert nur um den Korrekturwert angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde mindestens um einen bestimmten Differenzwert außerhalb des Normalbetriebswertebereichs liegt. Es kann also vorgesehen sein, dass zwar das vorstehend beschriebene Regenerieren durchgeführt wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des Normalbetriebswertebereichs liegt. Es ist jedoch nicht notwendig, dass stets auch das Anpassen des Offsetwerts erfolgt. Dies ist lediglich vorgesehen, wenn das Messsignal von der jeweils nächstliegenden Grenze des Normalbetriebswertebereichs um einen Betrag beabstandet ist, welcher zumindest dem bestimmten Differenzwert entspricht oder größer ist.
Bei geringeren Abweichungen des Messsignals der zweiten Lambdasonde von dem Normalbetriebswertebereich wird insoweit zunächst versucht, bereits durch das Regenerieren das Messsignal der zweiten Lambdasonde in den Normalbetriebswertebereich hinein zu verlagern. Anschließend kann das Anpassen des Offsetwerts mittels der Trimmregelung erfolgen. Auf diese Art und Weise werden zu starke Sprünge vermieden, wenn sich das Messsignal der zweiten Lambdasonde bereits in der Nähe des Normalbetriebswertebereichs befindet.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Offsetwert, insbesondere außerhalb des Regenerationszeitraums, auch dann mittels der Trimmregelung angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des Normalbetriebswertebereichs liegt. Vorzugsweise wird der Offsetwert lediglich außerhalb des Regenerationszeitraums mittels der Trimmregelung ermittelt. Während des Regenerationszeitraums kann dagegen die Trimmregelung ausgesetzt werden. Vorzugsweise ist es nun vorgesehen, dass der Offsetwert auch dann mittels der Trimmregelung ermittelt wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde nicht in dem Normalbetriebswertebereich liegt, sodass auch in einem solchen Betriebszustand eine stetige Korrektur des Offsetwerts erfolgt. Es ist also auch in diesem Betriebszustand nicht vorgesehen, lediglich eine grobe Korrektur durch das Anpassen des Offsetwerts mit dem bestimmten Korrekturwert vorzunehmen.
Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass ein erster Wertebereich unmittelbar an den Normalbetriebswertebereich angrenzt und eine dem Differenzwert entsprechende Breite aufweist. Der erste Wertebereich liegt insoweit bereits außerhalb des Normalbetriebswertebereichs. Er schließt sich unmittelbar an diesen an und weist eine Breite auf, die dem Differenzwert entspricht. Vorzugsweise ist es also vorgesehen, bei einem Messwert der zweiten Lambdasonde, die in dem ersten Wertebereich liegt, das Regenerieren des Speicherkatalysators vorzunehmen, jedoch den Offsetwert nicht um den Korrekturwert anzupassen, sondern insbesondere mittels der Trimmregelung zu bestimmen. Vorzugsweise liegen mehrere erste Wertebereiche vor, jeweils auf gegenüberliegenden Seiten des Normalbetriebswertebereichs.
In einer bevorzugten weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich ein zweiter Wertebereich auf der dem Normalbetriebswertebereich abgewandten Seite unmittelbar an den ersten Wertebereich anschließt. Liegt insoweit das Messsignal der zweiten Lambdasonde in dem zweiten Wertebereich, so wird der Offsetwert um den bestimmten Korrekturwert angepasst, insbesondere im Rahmen des Regenerationszeitraums gemäß den vorstehenden Ausführungen. Analog zu dem ersten Wertebereich existieren vorzugsweise mehrere zweite Wertebereiche, nämlich auf einander gegenüberliegenden Seiten des Normalbetriebswertebereichs.
Schließlich kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung 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 Normalbetriebswertebereichs 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 ersten Lambdasonde angepasst werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Korrekturwert aus dem Befüllungszustand des Speicherkatalysators, einem Abgasmassenstrom und einer Zeitgröße bestimmt wird. Der Korrekturwert gibt vorzugsweise zumindest näherungsweise die Differenz zwischen der Kombination aus dem Messsignal der ersten Lambdasonde und dem Offsetwert zu den tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Verhältnissen an. Der Befüllungszustand ist der Füllstand des Speicherkatalysators beziehungsweise des Sauerstoffspeichers mit Sauerstoff. Der Abgasmassenstrom beschreibt die Menge, insbesondere die Masse, des Abgases pro Zeiteinheit, welche durch den Speicherkatalysator hindurchströmt. Aus dem Abgasmassenstrom und der Zeitgröße kann also die Masse des Abgases bestimmt werden, welche innerhalb eines bestimmten Zeitraums den Katalysator durchströmt. Die Zeitgröße entspricht beispielsweise dem zeitlichen Abstand zwischen den Anfangszeitpunkten unmittelbar aufeinanderfolgender Regenerationszeiträume.
Die Masse des in dem Sauerstoffspeicher zumindest theoretisch gespeicherten Sauerstoffs ergibt sich aus der Beziehung m_O2 = (λ – 1)·m .·Δt, wobei λ einem Lambdawert, m . dem Abgasmassenstrom und Δt der Zeitgröße entspricht. Die Sauerstoffmasse m_O2 wird vorzugsweise am Ende des bestimmten Zeitraums mittels der vorstehenden Beziehung oder alternativ während des Regenerationszeitraums durch entsprechendes Integrieren ermittelt. Der Lambdawert λ entspricht dabei dem mittels des Offsetwerts korrigierten Messsignal der ersten Lambdasonde oder wird zumindest aus diesem bestimmt.
Der Korrekturwert Δλ kann nun beispielsweise aus der Beziehung
ermittelt werden, wobei die verwendeten Größen den vorstehend definierten entsprechen. Als Grundlage für die Ermittlung wird bevorzugt die Sauerstoffmassendifferenz Δm_O2 herangezogen, welche anhand des Befüllungszustands des Speicherkatalysators und der gemäß der vorstehenden Beziehung ermittelten Sauerstoffmasse m_O2 bestimmt wird. Insbesondere ist die Sauerstoffmassendifferenz die Differenz zwischen diesen beiden Größen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Offsetwert mittels der genannten Beziehung direkt ermittelt oder gleich dem Korrekturwert gesetzt wird.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren realisiert, bei dem in einem ersten Schritt die Größe des Befüllungsgrades des Sauerstoffspeichers mit der eventuell toleranzbehafteten Lambdasonde vor dem Speicherkatalysator ermittelt wird, und bei dem in einem zweiten Schritt die gleiche Größe des Befüllungsgrades des Sauerstoffspeichers, wenn die genauere Lambdasonde nach dem Katalysator eine erste Spannungsschwelle überschreitet beziehungsweise eine zweite Spannungsschwelle unterschreitet, auf eine exaktere Weise, basierend auf der Spannungslage der Lambdasonde nach dem Speicherkatalysator, bestimmt wird, und folglich aufgrund der Differenz der beiden Methoden zur Bestimmung des Befüllungsgrades des Sauerstoffspeichers, das toleranzbehaftete Messsignal der Lambdasonde vor dem Katalysator abgeglichen wird.
Es ist also beispielsweise vorgesehen, dass in einem ersten Schritt ein erster Befüllungsgrad des Speicherkatalysators beziehungsweise des Sauerstoffspeichers anhand des Messsignals der ersten Lambdasonde, insbesondere korrigiert mittels des Offsetwerts, ermittelt wird. In einem zweiten Schritt ist bevorzugt vorgesehen, einen zweiten Befüllungsgrad des Speicherkatalysators beziehungsweise des Sauerstoffspeichers zu ermitteln, nämlich anhand des Messsignales der zweiten Lambdasonde. Insbesondere wird anhand des Messsignals der zweiten Lambdasonde entschieden, ob der zweite Befüllungsgrad auf einen ersten Wert oder einen zweiten Wert gesetzt wird. Der erste Wert entspricht beispielsweise einer Maximalsauerstoffmasse, der zweite Wert einer Minimalsauerstoffmasse.
Insbesondere wird der zweite Befüllungsgrad auf den ersten Wert gesetzt, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde kleiner als ein bestimmter erster Grenzwert ist, insbesondere unterhalb des Normalbetriebswertebereichs, liegt, und/oder auf den zweiten Wert gesetzt, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde größer als ein bestimmter zweiter Grenzwert ist, insbesondere oberhalb des Normalbetriebswertebereichs liegt. Der erste Grenzwert stimmt insoweitvorzugsweise mit einer unteren Grenze des Normalbetriebswertebereichs, der zweite Grenzwert mit einer oberen Grenze des Normalbetriebswertebereichs überein. Aus der Differenz zwischen dem ersten Befüllungsgrad und dem zweiten Befüllungsgrad wird nachfolgend der Korrekturwert und/oder der Offsetwert ermittelt.
Weil die zweite Lambdasonde nach dem Verstreichen des bestimmten Zeitraums, welcher insbesondere eine der Zeitgröße entsprechende Länge aufweist, wird davon ausgegangen, dass der Sauerstoffspeicher am Ende des Zeitraums tatsächlich entweder vollständig entleert oder vollständig gefüllt ist, also eine bestimmte Sauerstoffmasse in dem Speicherkatalysator vorliegt, die entweder der Minimalsauerstoffmasse oder der Maximalsauerstoffmasse entspricht. Aus der Differenz dieser Sauerstoffmasse zu der rechnerisch in den Speicherkatalysator eingetragenen Sauerstoffmasse kann insoweit eine Abweichung in der vorliegenden Sauerstoffmasse, nämlich die Sauerstoffmassendifferenz, berechnet werden. Aus dieser wird nachfolgend der Korrekturwert und/oder der Offsetwert bestimmt, wobei der Korrekturwert vorzugsweise proportional zu der Differenz ist.
Der Korrekturwert kann beispielsweise am Ende des Regenerationszeitraums aus einem zeitlichen Mittel des Abgasmassenstroms über dem Regenerationszeitraum bestimmt werden. Alternativ kann selbstverständlich auch eine hinsichtlich des Abgasmassenstroms zeitlich aufgelöste Bestimmung des Korrekturwerts beziehungsweise der Sauerstoffmassendifferenz durch Integrieren beziehungsweise Aufaddieren zu bestimmten Zeitpunkten während des Regenerationszeitraums vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Bestimmung des Korrekturwerts nochmals verbessert werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, 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 die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, einen Lambdawert zur Regelung einer Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine aus einem Messsignal der ersten Lambdasonde sowie einem Offsetwert zu ermitteln.
Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, den Offsetwert mittels einer Trimmregelung zu bestimmen, wenn ein Messsignal der zweiten Lambdasonde in einem Normalbetriebswertebereich liegt, und den Offsetwert in einem Regenerationszeitraum, während welchem der Speicherkatalysator regeneriert, um einen bestimmten Korrekturwert anzupassen, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb des normalen Betriebswertebereichs liegt. Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung wurde bereits eingegangen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren können gemäß den vorstehenden Ausführungen 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 eines Bereichs einer Antriebseinrichtung, insbesondere eines Abgastrakts, und
2 zwei Diagramme, anhand welchen ein Verfahren zum Betreiben der Antriebseinrichtung beschrieben wird.
Die 1 zeigt einen Bereich einer Antriebseinrichtung 1, insbesondere eines Abgastrakts 2. Die Antriebseinrichtung 1 weist weiterhin eine hier nicht dargestellte Brennkraftmaschine auf, deren Abgas durch den Abgastrakt 2 hindurch abgeführt wird, insbesondere in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung 1. In dem Abgastrakt 2 ist ein Speicherkatalysator 3 vorgesehen, welcher in Richtung des Pfeils 4 von Abgas der Brennkraftmaschine durchströmt wird. Stromaufwärts des Speicherkatalysators 3 ist eine erste Lambdasonde 5 vorgesehen, die ein erstes Messsignal bereitstellt. Aus dem ersten Messsignal wird mithilfe eines Offsetwerts ein Lambdawert ermittelt, welcher anschließend zur Regelung einer Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine herangezogen wird.
Stromabwärts des Speicherkatalysators 3 ist eine zweite Lambdasonde 6 angeordnet. Vorzugsweise befindet sich die erste Lambdasonde 5 unmittelbar stromaufwärts des Speicherkatalysators 3 und/oder die zweite Lambdasonde 6 unmittelbar stromabwärts des Speicherkatalysators 3. Die zweite Lambdasonde 6 stellt ein zweites Messsignal bereit. Beispielsweise wird als erste Lambdasonde 5 eine Breitbandlambdasonde und als zweite Lambdasonde 6 eine Sprunglambdasonde verwendet.
Die 2 zeigt zwei Diagramme, wobei in einem oberen Diagramm der aus dem Messsignal der ersten Lambdasonde 5 und dem Offsetwert ermittelte Lambdawert λ über der Zeit t aufgetragen ist. In einem unteren Diagramm ist dagegen das Messsignal U der zweiten Lambdasonde 6 über der Zeit t dargestellt. In dem unteren Diagramm ist ein Normalbetriebswertebereich 7 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 Normalbetriebswertebereich 7 ist keine konkrete Aussage über den Befüllungszustand des Speicherkatalysators 3 beziehungsweise eines Sauerstoffspeichers der Speicherkatalysators 3 möglich. Aus diesem Grund wird bei Vorliegen des Messsignals U der zweiten Lambdasonde 6 in dem Normalbetriebswertebereich 7 vorzugsweise eine Regelung, insbesondere eine PID-Regelung, als Trimmregelung zum Bestimmen des Offsetwerts durchgeführt.
An den Normalbetriebswertebereich 7 schließen sich in Richtung kleinerer Messwerte ein erster Wertebereich 8 sowie ein zweiter Wertebereich 9 an den Normalbetriebswertebereich 7 an. Der erste Wertebereich 8 grenzt unmittelbar an den Normalbetriebswertebereich 7 an, während sich der zweite Wertebereich 9 auf der dem Normalbetriebswertebereich 7 abgewandten Seite unmittelbar an den ersten Wertebereich 8 anschließt. Entsprechendes gilt in Richtung größerer Spannungen für einen ersten Wertebereich 10 und einen zweiten Wertebereich 11.
In dem oberen Diagramm zeigt ein Verlauf 12 den Verlauf des Lambdawerts λ über der Zeit t, in dem unteren Diagramm einen Verlauf 13 den Verlauf des Messsignals der zweiten Lambdasonde 6 über der Zeit t. Bei einem Betreiben der Antriebseinrichtung 1 ist es nun vorgesehen, dass der Offsetwert, aus welchem der Lambdawert zur Regelung der Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine ermittelt wird, mittels der Trimmregelung, insbesondere der PID-Trimmregelung, bestimmt wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde 6 in dem Normalbetriebswertebereich 7 liegt.
Liegt dagegen das Messsignal der zweiten Lambdasonde außerhalb dieses Normalbetriebswertebereichs 7, so wird der Offsetwert um einen bestimmten Korrekturwert angepasst. Der Korrekturwert kann beispielsweise konstant sein oder aber in Abhängigkeit von dem Messsignal der ersten Lambdasonde 5 und/oder dem Messsignal der zweiten Lambdasonde 6 ermittelt werden. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Korrekturwert aus dem Befüllungszustand des Speicherkatalysators, einem Abgasmassenstrom und der Dauer des Regenerationszeitraums bestimmt wird.
Es wird deutlich, dass der Verlauf 13 in dem Zeitraum von t₀ ≤ t < t₁ in dem zweiten Wertebereich 9 befindet, also außerhalb des Normalbetriebswertebereichs 7. Entsprechend wird zum Zeitpunkt t = t₁ ein Regenerationszeitraum eingeleitet, während welchem der Speicherkatalysator 3 beziehungsweise ein Sauerstoffspeicher des Speicherkatalysators 3 regeneriert wird. Dies umfasst ein Füllen oder ein Leeren des Sauerstoffspeichers, in Abhängigkeit von dem Messsignal der zweiten Lambdasonde 6.
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 mit einer fetteren Gemischzusammensetzung betrieben als zuvor, also für t < t₁. Dies ist unmittelbar an dem Lambdawert gemäß Verlauf 12 zu erkennen. Der Regenerationszeitraum erstreckt sich von t₁ bis hin zu t₂. Am Ende des Regenerationszeitraums, also bei t = t₂, wird das Anpassen des Offsetwerts mit dem bestimmten Korrekturwert vorgenommen. Auch dies ist deutlich in dem Verlauf 12 zu erkennen, wobei der Offsetwert mit Δλ₁ bezeichnet ist. Der Korrekturwert wird dabei insbesondere aus dem Befüllungszustand des Speicherkatalysators, dem Abgasmassenstrom und der Dauer des Regenerationszeitraums 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 6 gemäß dem Verlauf 13 weiterhin außerhalb des Normalbetriebswertebereichs 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 Verlauf 12 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 6 ansteigt und aus dem zweiten Wertebereich 9 in den ersten Wertebereich 8 gelangt.
Es ist vorgesehen, dass der Offsetwert nur dann um den Korrekturwert angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde mindestens um einen bestimmten Differenzwert außerhalb des Normalbetriebswertebereichs 7 liegt. Dieser Differenzwert entspricht der Breite des ersten Wertebereichs 8, sodass zwar zum Zeitpunkt t₅ erneut ein Regenerationszeitraum eingeleitet wird, welcher sich bis zum Zeitpunkt t₆ erstreckt. Zum Ende dieses Regenerationszeitraums wird jedoch das Anpassen des Offsetwerts mit dem bestimmten Korrekturwert nicht vorgenommen. Als Ergebnis des Regenerierens des Speicherkatalysators in dem zuletzt beschriebenen Regenerationszeitraums steigt das Messsignal der zweiten Lambdasonde 6 weiter an und gelangt in den Normalbetriebswertebereich 7. Folglich wird anschließend an den Regenerationszeitraum der Offsetwert lediglich mittels der Trimmregelung bestimmt.
Es ist insoweit nicht notwendig, erneut eine Regeneration des Speicherkatalysators 3 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 5 angepasst werden als dies allein mithilfe der Trimmregelung möglich gewesen wäre. Entsprechend ist schneller eine genauere Regelung der Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine möglich, woraus eine geringere Schadstoffemission der Brennkraftmaschine folgt.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine und einem Abgastrakt (2), in welchem ein Speicherkatalysator (3) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine, eine erste Lambdasonde (5) stromaufwärts des Speicherkatalysators (3) sowie eine zweite Lambdasonde (6) stromabwärts des Speicherkatalysators (3) angeordnet sind, wobei ein Lambdawert zur Regelung einer Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine aus einem Messsignal der ersten Lambdasonde (5) sowie einem Offsetwert ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert mittels einer Trimmregelung bestimmt wird, wenn ein Messsignal der zweiten Lambdasonde (6) in einem Normalbetriebswertebereich (7) liegt, und dass der Offsetwert in einem Regenerationszeitraum, während welchem der Speicherkatalysator (3) regeneriert wird, um einen bestimmten Korrekturwert angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde (6) außerhalb des Normalbetriebswertebereichs (7) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Offsetwerts zu Beginn, während oder am Ende des Regenerationszeitraums vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Regenerieren des Speicherkatalysators (3) ein Füllen oder ein Leeren eines Sauerstoffspeichers des Speicherkatalysators (3) umfasst, wobei zum Füllen des Sauerstoffspeichers die Brennkraftmaschine über einen bestimmten Zeitraum mit einer mageren Gemischzusammensetzung und zum Leeren mit einer fetteren Gemischzusammensetzung betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerationszeitraum eingeleitet wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde (6) außerhalb des Normalbetriebswertebereichs (7) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert nur um den Korrekturwert angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde (6) mindestens um einen bestimmten Differenzwert außerhalb des Normalbetriebswertebereichs (7) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetwert, insbesondere außerhalb des Regenerationszeitraums, auch dann mittels der Trimmregelung angepasst wird, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde (6) außerhalb des Normalbetriebswertebereichs (7) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Wertebereich (8, 10) unmittelbar an den Normalbetriebswertebereich (7) angrenzt und eine dem Differenzwert entsprechende Breite aufweist, und/oder dass sich ein zweiter Wertebereich (9, 11) auf der dem Normalbetriebswertebereich (7) abgewandten Seite unmittelbar an den ersten Wertebereich (8, 10) anschließt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert in Abhängigkeit von dem Messsignal der ersten Lambdasonde (5) und/oder der zweiten Lambdasonde (6) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert aus dem Befüllungszustand des Speicherkatalysators, einem Abgasmassenstrom und einer Zeitgröße bestimmt wird.
Antriebseinrichtung (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Brennkraftmaschine und einem Abgastrakt (2), in welchem ein Speicherkatalysator (3) zur Reinigung von Abgas der Brennkraftmaschine, eine erste Lambdasonde (5) stromaufwärts des Speicherkatalysators (3) sowie eine zweite Lambdasonde (6) stromabwärts des Speicherkatalysators (3) angeordnet sind, wobei die Antriebseinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, einen Lambdawert zur Regelung einer Gemischzusammensetzung für die Brennkraftmaschine aus einem Messsignal der ersten Lambdasonde (5) sowie einen Offsetwert zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, den Offsetwert mittels einer Trimmregelung zu bestimmen, wenn ein Messsignal der zweiten Lambdasonde (6) in einem Normalbetriebswertebereich (7) liegt und den Offsetwert in einem Regenerationszeitraum, während welchem der Speicherkatalysator (3) regeneriert wird, um einen bestimmten Korrekturwert anzupassen, wenn das Messsignal der zweiten Lambdasonde (6) außerhalb des Normalbetriebswertebereichs (7) liegt.