DE102015011867B4 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine (2) sowie einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) für Abgas der Brennkraftmaschine (2), wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) wenigstens einen Sauerstoffspeicher aufweist, wobei in einer ersten Betriebsart zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses eines zum Betreiben der Brennkraftmaschine (2) verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs eine Lambdaregelung eines gemessenen Lambdaistwerts auf einen Lambdasollwert vorgenommen wird, und wobei zumindest zeitweise eine Sauerstoffmassenbilanzierung für den Sauerstoffspeicher mittels des Lambdaistwerts und eines Abgasmassenstroms durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung des Lambdaistwerts von dem Lambdasollwert eine Sauerstoffbilanzmasse ermittelt wird, die während der Abweichung in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird, und nachfolgend eine zweite Betriebsart durchgeführt wird, in welcher das Mischungsverhältnis bei eingetragener Sauerstoffbilanzmasse auf ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder bei ausgetragener Sauerstoffbilanzmasse auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt wird, wobei in der zweiten Betriebsart mittels der Sauerstoffmassenbilanzierung eine Regelung eines Istfüllstands des Sauerstoffspeichers auf einen Sollfüllstand vorgenommen wird und der Istfüllstand zu Beginn der zweiten Betriebsart auf einen Wert gesetzt wird, der um die Sauerstoffbilanzmasse von dem Sollfüllstand abweicht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine sowie einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für Abgas der Brennkraftmaschine, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung wenigstens einen Sauerstoffspeicher aufweist, wobei in einer ersten Betriebsart zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses eines zum Betreiben der Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs eine Lambdaregelung eines gemessenen Lambdaistwerts auf einen Lambdasollwert vorgenommen wird, und wobei zumindest zeitweise eine Sauerstoffmassenbilanzierung für den Sauerstoffspeicher mittels des Lambdaistwerts und eines Abgasmassenstroms durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung erfolgt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
  • Die Antriebseinrichtung dient beispielsweise dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs, also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoments. Die Antriebseinrichtung weist wenigstens ein Antriebsaggregat, beispielsweise die Brennkraftmaschine, auf. Selbstverständlich kann die Antriebseinrichtung zusätzlich wenigstens ein weiteres Antriebsaggregat, insbesondere eine elektrische Maschine, aufweisen. Verfügt die Antriebseinrichtung über mehrere unterschiedliche Antriebsaggregate, so kann sie als Hybridantriebseinrichtung bezeichnet werden.
  • Die Brennkraftmaschine verfügt beispielsweise über mehrere Zylinder, in welchen jeweils ein Kolben verlagerbar angeordnet ist. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird in die Zylinder beziehungsweise in Brennräume der Zylinder Kraftstoff eingebracht und dort zusammen mit Luft beziehungsweise in der Luft enthaltenem Sauerstoff verbrannt. Dabei entsteht Abgas, welches in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung abgeführt werden soll. Weil das Abgas jedoch Schadstoffe enthalten kann, wird es zunächst durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung geleitet. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist insoweit der Brennkraftmaschine zugeordnet und dient der Nachbehandlung beziehungsweise Reinigung des von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgases. Nach dem Durchströmen der Abgasnachbehandlungseinrichtung kann das Abgas in Richtung der Außenumgebung abgeführt beziehungsweise in diese entlassen werden.
  • Die Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt beispielsweise als Katalysator vor. Sie verfügt über den Sauerstoffspeicher, welcher zur Zwischenspeicherung von in dem Abgas enthaltenem Sauerstoff dient. Liegt in dem Abgas Sauerstoffüberschuss vor, so kann der überschüssige Sauerstoff von dem Sauerstoffspeicher aufgenommen werden. Liegt dagegen Sauerstoffmangel vor, so kann Sauerstoff aus dem Sauerstoffspeicher in das Abgas abgegeben werden. Auf diese Art und Weise kann die Konvertierung von den in dem Abgas enthaltenen Schadstoffen besonders effizient durchgeführt werden. Ist der Sauerstoffspeicher dem Katalysator zugeordnet beziehungsweise integriert mit diesem ausgeführt, so kann der Katalysator als Speicherkatalysator bezeichnet werden.
  • Zum Betreiben der Brennkraftmaschine werden, wie bereits vorstehend erläutert, Kraftstoff sowie Luft beziehungsweise Sauerstoff verwendet. Zu diesem Zweck wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch den Zylindern zugeführt oder in ihnen hergestellt. Dabei soll ein bestimmtes Mischungsverhältnis zwischen dem Kraftstoff und der Luft des Kraftstoff-Luft-Gemischs vorliegen. Das Mischungsverhältnis wird im Rahmen einer Lambdaregelung ermittelt, wozu ein Lambdaistwert gemessen und mit einem Lambdasollwert verglichen wird. Weicht der Lambdaistwert von dem Lambdasollwert ab, so wird das Mischungsverhältnis in der ersten Betriebsart derart angepasst, dass sich der Lambdaistwert dem Lambdasollwert annähert oder diesen erreicht. Anders ausgedrückt wird der Lambdaistwert auf den Lambdasollwert geregelt.
  • Zumindest zeitweise kann es vorgesehen sein, die Sauerstoffmassenbilanzierung für den Sauerstoffspeicher vorzunehmen. Im Rahmen der Sauerstoffmassenbilanzierung wird ein Füllstand des Sauerstoffspeichers ermittelt. Dies kann auf Grundlage des Lambdaistwerts und des Abgasmassenstroms durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung erfolgen. Der Lambdaistwert ist vorzugsweise der vorstehend bereits beschriebene gemessene Lambdaistwert, der Abgasmassenstrom kann entweder ebenfalls gemessen oder alternativ mittels eines Modells ermittelt werden. Die Messung des Lambdaistwerts ist vorzugsweise mittels einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten Lambdasonde vorgesehen.
  • Vorzugsweise wird ein Lambdasollwert verwendet, welcher einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis zwischen Kraftstoff und Luft entspricht. Dies ist für einen Lambdasollwert von eins der Fall. Entspricht der Lambdaistwert diesem Lambdasollwert, so verbrennt der Kraftstoff zusammen mit der Luft vollständig, sodass in dem Abgas weder unverbrannter Kraftstoff noch unverbrannte Luft beziehungsweise unverbrannter Sauerstoff enthalten ist. Entsprechend bleibt ein Istfüllstand des Sauerstoffspeichers konstant und die in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe können mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung sehr effizient in ungefährlichere Produkte umgewandelt werden.
  • Tritt jedoch - beispielsweise aufgrund einer Störung - eine Abweichung zwischen dem Lambdaistwert und dem Lambdasollwert auf, so liegt in dem Abgas entweder Sauerstoffüberschuss oder Sauerstoffmangel vor, sodass entweder Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird. Weil jedoch die Effizienz der Abgasnachbehandlungseinrichtung auch von dem Füllstand des Sauerstoffspeichers abhängt, soll dieser idealerweise denjenigen Füllstand aufweisen, bei welchem die höchsten Umwandlungsraten vorliegen. Entsprechend kann es vorgesehen sein, aufgrund der Sauerstoffmassenbilanzierung für den Sauerstoffspeicher eine Regelung des Istfüllstands auf den Sollfüllstand vorzunehmen. Die Bestimmung des Istfüllstands mittels der Sauerstoffmassenbilanzierung ist jedoch lediglich näherungsweise möglich. Insbesondere ist der Istfüllstand lediglich dann mit hoher Genauigkeit bekannt, wenn der Sauerstoffspeicher vollständig voll oder vollständig leer ist. Ausgehend von dem dann bekannten Istfüllstand kann auf einen Sollfüllstand geregelt werden.
  • Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2006 051 834 A1 bekannt. Diese betrifft ein Verfahren zur Gemischregelung für einen Verbrennungsmotor mit zumindest einem in einer Abgasanlage des Verbrennungsmotors angeordneten Katalysator und einer λ-Regelung, wobei ein Wert einer Sauerstoffbeladung des Katalysators ermittelt und in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert eine Gemischänderung erfolgt. Dabei ist vorgesehen, dass eine erste Gemischänderung in Richtung fettes Abgas erfolgt, wenn der ermittelte Wert der Sauerstoffbeladung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne und/oder nach Durchsatz einer vorgegebenen Abgasmassenmenge um mehr als ein erstes vordefiniertes Maß angestiegen ist und/oder eine zweite Gemischänderung in Richtung mageres Abgas erfolgt, wenn der ermittelte Wert der Sauerstoffbeladung innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne und/oder nach Durchsatz einer vorgegebenen Abgasmassenmenge um mehr als ein zweites vordefiniertes Maß abgesunken ist.
  • Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere den Istfüllstand des Sauerstoffspeichers über einen längeren Zeitraum auf oder zumindest im Bereich des Sollfüllstands hält.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit dem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass bei einer Abweichung des Lambdaistwerts von dem Lambdasollwert eine Sauerstoffbilanzmasse ermittelt wird, die während der Abweichung in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird, und nachfolgend eine zweite Betriebsart durchgeführt wird, in welcher das Mischungsverhältnis bei eingetragener Sauerstoffbilanzmasse auf ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder bei ausgetragener Sauerstoffbilanzmasse auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt wird, wobei in der zweiten Betriebsart mittels der Sauerstoffmassenbilanzierung eine Regelung eines Istfüllstands des Sauerstoffspeichers auf einen Sollfüllstand vorgenommen wird und der Istfüllstand zu Beginn der zweiten Betriebsart auf einen Wert gesetzt wird, der um die Sauerstoffbilanzmasse von dem Sollfüllstand abweicht.
  • Als Lambdasollwert wird wie bereits erläutert vorzugsweise ein dem stöchiometrischen Mischungsverhältnis entsprechender Lambdawert verwendet. Entsprechend ist in dem Abgas stromaufwärts des Sauerstoffspeichers weder unverbrannter Kraftstoff noch unverbrannte Luft vorhanden, wenn der Lambdaistwert dem Lambdasollwert entspricht. Kommt es nun zu der Abweichung des Lambdaistwerts von dem Lambdasollwert, beispielsweise aufgrund einer Störung, so soll die Sauerstoffbilanzmasse ermittelt werden. Diese entspricht derjenigen Sauerstoffmasse, die während der Abweichung des Lambdaistwerts von dem Lambdasollwert in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird. Die zu der Abweichung führende Störung kann beispielsweise aufgrund eines instationären Betriebszustands der Antriebseinrichtung vorliegen.
  • Noch während der Abweichung, unmittelbar nach der Abweichung oder zeitlich beabstandet nach der Abweichung wird der Lambdaistwert in Richtung des Lambdasollwerts verändert, insbesondere durch die Lambdaregelung. Dabei soll jedoch nicht eine bloße Anpassung des Lambdaistwerts auf den Lambdasollwert erfolgen. Vielmehr wird die zweite Betriebsart durchgeführt, in welcher vorgesehen ist, ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch zu wählen, falls während der Abweichung Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher eingetragen wurde und - falls Sauerstoff aus dem Sauerstoffspeicher ausgetragen wurde, ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zu verwenden.
  • Im Rahmen der zweiten Betriebsart soll also der Istfüllstand des Sauerstoffspeichers zumindest näherungsweise wieder auf den Istfüllstand gebracht werden, welcher vor dem Auftreten der Abweichung vorlag. Wird festgestellt, dass während der Abweichung Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher eingetragen wurde, so wird das Mischungsverhältnis auf ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt. Wird dagegen festgestellt, dass Sauerstoff während der Abweichung aus dem Sauerstoffspeicher ausgetragen wurde, so wird das Mischungsverhältnis auf das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt, sodass nachfolgend wieder Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher eingetragen werden kann. Es wird folglich keine bloße Regelung des Lambdaistwerts auf den Lambdasollwert durchgeführt, vielmehr ist eine Überkompensation vorgesehen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass während des Verstellens des Mischungsverhältnisses mittels der Sauerstoffmassenbilanzierung eine Sauerstoffkorrekturmasse ermittelt wird, die in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird. Während die zweite Betriebsart durchgeführt wird, also während das Mischungsverhältnis verstellt wird, soll die Sauerstoffkorrekturmasse ermittelt werden. Dies erfolgt mit Hilfe der Sauerstoffmassenbilanzierung, also insbesondere aufgrund des Lambdaistwerts und des Abgasmassenstroms.
  • Beispielsweise können die Sauerstoffbilanzmasse und/oder die Sauerstoffkorrekturmasse mit Hilfe der Beziehung m 02 = 0,23 × ∫ t 0 t 1 ( λ e i n − 1 λ e i n − λ a u s − 1 λ a u s )   m ˙ ⋅ d t
    Figure DE102015011867B4_0001
    ermittelt werden. Dabei beschreibt mO2 die Sauerstoffmasse, die - Abhängigkeit von dem Vorzeichen - in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird beziehungsweise wurde. Die Größe λein stellt beispielsweise den Lambdaistwert stromaufwärts beziehungsweise unmittelbar stromaufwärts des Sauerstoffspeichers dar, während die Größe λaus für den Lambdaistwert stromabwärts beziehungsweise unmittelbar stromabwärts des Sauerstoffspeichers steht. Die Größe m wiederum bezeichnet die Abgasmasse, die Größe t die Zeit.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verstellen des Mischungsverhältnisses erfolgt, bis die Sauerstoffkorrekturmasse die Sauerstoffbilanzmasse erreicht. Folglich ist also vorgesehen, eben so viel Sauerstoff in den Sauerstoffspeicher einzutragen beziehungsweise aus ihm auszutragen wie während der Abweichung aus ihm ausgetragen beziehungsweise in ihn eingetragen wurde. Entspricht die Sauerstoffkorrekturmasse der Sauerstoffbilanzmasse, so kann davon ausgegangen werden, dass der Istfüllstand des Sauerstoffspeichers demjenigen Istfüllstand entspricht, welcher vor dem Auftreten der Abweichung vorlag. Mit der beschriebenen Vorgehensweise kann insoweit der Istfüllstand zumindest näherungsweise auch über einen längeren Zeitraum konstant gehalten werden. Das bedeutet, dass es seltener zu einem Durchbruch des Sauerstoffspeichers kommt, sodass stets hohe Konvertierungsraten der Abgasnachbehandlungseinrichtung erzielt werden. Unter dem Durchbruch ist ein Zustand zu verstehen, bei welchem stromabwärts des Sauerstoffspeichers entweder Sauerstoffüberschuss oder Sauerstoffmangel auftritt.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zweite Betriebsart nur dann durchgeführt wird, wenn die Sauerstoffbilanzmasse größer ist als ein Schwellenwert. Ist die Abweichung klein oder liegt sie lediglich über einen kurzen Zeitraum vor, so ist die Sauerstoffbilanzmasse, welche während der Abweichung erfasst wird, vergleichsweise klein. Wird nun bereits bei derart kleinen Abweichungen die zweite Betriebsart durchgeführt, so kann es durchaus zu einer stärkeren Abweichung des Istfüllstands von dem Sollfüllstand kommen als vor dem Durchführen der zweiten Betriebsart. Entsprechend soll die zweite Betriebsart nur dann durchgeführt werden, wenn der Schwellenwert von der Sauerstoffbilanzmasse überschritten wird. Zu diesem Zweck wird ein Vergleich der Sauerstoffbilanzmasse mit dem Schwellenwert durchgeführt und in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs die zweite Betriebsart durchgeführt.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass in der zweiten Betriebsart mittels der Sauerstoffmassenbilanzierung eine Regelung eines Istfüllstands des Sauerstoffspeichers auf einen Sollfüllstand vorgenommen wird, wobei der Istfüllstand auf einen Wert gesetzt wird, der um die Sauerstoffbilanzmasse von dem Sollfüllstand abweicht. Dies ermöglicht eine einfache und effiziente Durchführung des beschriebenen Verfahrens im Rahmen bestehender Verfahren beziehungsweise mit einem bestehenden Steuergerät. Beispielsweise entspricht der Sollfüllstand demjenigen Füllstand des Sauerstoffspeichers, bei welchem die höchsten Konvertierungsraten vorliegen. Üblicherweise ist dies bei einem Sollfüllstand von 50 % der Fall.
  • Zu Beginn der zweiten Betriebsart wird der Istfüllstand auf den Wert gesetzt, der um die Sauerstoffbilanzmasse von dem Sollfüllstand abweicht. Anschließend wird ausgehend von diesem Istfüllstand die Regelung des Istfüllstands auf den Sollfüllstand durchgeführt, wobei während der Regelung der momentane Istfüllstand mittels der Sauerstoffmassenbilanzierung aktualisiert wird. In der zweiten Betriebsart ist es also anders als in der ersten Betriebsart nicht vorgesehen, den Lambdaistwert auf beziehungsweise in Richtung des Lambdasollwerts zu regeln. Vielmehr wird die Regelung allein aufgrund des Istfüllstands vorgenommen, welcher auf beziehungsweise in Richtung des Sollfüllstands geregelt wird. Als Regelgröße wird insoweit die Differenz zwischen dem Sollfüllstand und dem Istfüllstand und als Stellgröße das Mischungsverhältnis herangezogen. Dabei können selbstverständlich Grenzen vorgegeben werden, welche das Mischungsverhältnis während der Regelung nicht überschreiten oder unterschreiten darf.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Lambdaistwert aus einem Messwert einer stromaufwärts des Sauerstoffspeichers angeordneten ersten Lambdasonde ermittelt wird. Der Messwert liegt vorzugsweise unmittelbar als Ausgangsgröße der ersten Lambdasonde vor. Der Lambdaistwert wird nun aus dem Messwert bestimmt oder diesem gleichgesetzt. Beispielsweise kann der Lambdaistwert durch Linearisierung aus dem Messwert bestimmt werden.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Lambdaistwert im Rahmen einer Trimmregelung mittels eines Messwerts einer stromabwärts des Sauerstoffspeichers angeordneten zweiten Lambdasonde korrigiert wird. Dieses Korrigieren kann durchgeführt werden, nachdem der Lambdaistwert aus dem Messwert ermittelt wurde. Alternativ wird das Korrigieren während des Ermittelns durchgeführt. Die Trimmregelung dient dazu, Fehler der ersten Lambdasonde zu korrigieren. Beispielsweise wird als erste Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde und als zweite Lambdasonde eine Sprunglambdasonde verwendet.
  • Die Breitbandlambdasonde weist zwar einen großen Messbereich auf, ist jedoch von eingeschränkter Genauigkeit. Beispielsweise kann der Messwert der ersten Lambdasonde von einem Offsetfehler überlagert sein. Die Sprungsonde ist dagegen sehr genau, weist jedoch lediglich einen sehr kleinen Messbereich auf. Insbesondere kann die Sprunglambdasonde nur herangezogen werden, um festzustellen, ob der Lambdawert für das Abgas einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis entspricht oder von diesem abweicht. Es ist daher vorgesehen, im Rahmen der Trimmregelung die genauere zweite Lambdasonde zur Korrektur der ungenaueren ersten Lambdasonde heranzuziehen, insbesondere den Offsetfehler auszugleichen. Der im Rahmen der Lambdaregelung und der Sauerstoffmassenbilanzierung verwendete Lambdaistwert entspricht folglich vorzugsweise dem korrigierten Lambdaistwert.
  • Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der zum Ermitteln der Sauerstoffbilanzmasse verwendete Lambdaistwert vor dem Ermitteln der Sauerstoffbilanzmasse gefiltert wird, insbesondere mittels eines Hochpassfilters. Der Lambdaistwert wird also vor dem Ermitteln der Sauerstoffbilanzmasse durch einen Filter geführt, welcher insbesondere als Hochpassfilter ausgestaltet ist. Insoweit werden bei dem Ermitteln der Sauerstoffbilanzmasse lediglich kurzzeitige Abweichungen des Lambdaistwerts von dem Lambdasollwert berücksichtigt, nicht jedoch Abweichungen, welche längerfristig vorliegen, beispielsweise aufgrund des Offsetfehlers. Somit wird vermieden, dass Ungenauigkeiten der ersten Lambdasonde zu einer unerwünschten Beeinflussung führen können.
  • Schließlich kann im Rahmen einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass als Grenzfrequenz des Hochpassfilters ein Wert von 1/x verwendet wird, wobei x mindestens 1 Sekunde, mindestens 2 s, mindestens 5 s, mindestens 10 s, mindestens 15 s oder mindestens 20 s beträgt. Mit diesen Werten kann die vorstehend beschriebene unerwünschte Beeinflussung zuverlässig vermieden werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere eine Antriebseinrichtung zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, mit einer Brennkraftmaschine sowie einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für Abgas der Brennkraftmaschine, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung wenigstens einen Sauerstoffspeicher aufweist, wobei in einer ersten Betriebsart zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses eines zum Betreiben der Brennkraftmaschine verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs eine Lambdaregelung eines gemessenen Lambdaistwerts auf einen Lambdasollwert vorgenommen wird, und wobei zumindest zeitweise eine Sauerstoffmassenbilanzierung für den Sauerstoffspeicher mittels des Lambdaistwert und eines Abgasmassenstroms durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung erfolgt.
  • Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, bei einer Abweichung des Lambdaistwerts von dem Lambdasollwert eine Sauerstoffbilanzmasse zu ermitteln, die während der Abweichung in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird, und nachfolgend eine zweite Betriebsart durchzuführen, in welcher das Mischungsverhältnis bei eingetragener Sauerstoffbilanzmasse auf ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder bei ausgetragener Sauerstoffbilanzmasse auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt wird, wobei in der zweiten Betriebsart mittels der Sauerstoffmassenbilanzierung eine Regelung eines Istfüllstands des Sauerstoffspeichers auf einen Sollfüllstand vorgenommen wird und der Istfüllstand zu Beginn der zweiten Betriebsart auf einen Wert gesetzt wird, der um die Sauerstoffbilanzmasse von dem Sollfüllstand abweicht.
  • Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. 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 die einzige
    • Figur eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Antriebseinrichtung mit einer Brennkraftmaschine sowie einer Abgasnachbehandlungseinrichtung.
  • Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, die eine Brennkraftmaschine 2 aufweist. Die Brennkraftmaschine 2 ist vorzugsweise als Ottobrennkraftmaschine ausgestaltet. Die Brennkraftmaschine 2 verfügt über mehrere Zylinder, welchen während eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine 2 jeweils eine bestimmte Kraftstoffmenge zugeführt wird. Die Kraftstoffmenge wird in den Zylindern 3 zusammen mit Luft beziehungsweise Sauerstoff verbrannt, wobei Abgas entsteht, welches in Richtung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 abgeführt wird.
  • Zu diesem Zweck ist der Brennkraftmaschine 2 beispielsweise ein Abgaskrümmer 5 mit Krümmerleitungen 6 zugeordnet. Dabei ist bevorzugt jedem Zylinder 3 jeweils eine Krümmerleitung 6 zugeordnet. Durch die Krümmerleitung 6 beziehungsweise den Abgaskrümmer 5 wird das Abgas von den Zylindern 3 abgeführt und stromaufwärts der Abgasreinigungseinrichtung 4 zusammengefasst. Entsprechend durchströmt das Abgas aller Zylinder 3 die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 in Richtung des Pfeils 7.
  • Die Abgasreinigungseinrichtung 4 ist beispielsweise als Katalysator ausgestaltet, kann jedoch auch weitere Abgasreinigungselemente, beispielsweise einen Partikelfilter oder dergleichen aufweisen. Die Antriebseinrichtung 1 verfügt über wenigstens eine Lambdasonde 8, deren Anordnung hier lediglich schematisch dargestellt ist. Beispielsweise liegt die Lambdasonde 8 stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4, jedoch stromabwärts der Zusammenführung des Abgases der Zylinder 3, vor. Vorzugsweise ist stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 eine weitere Lambdasonde 9 angeordnet. Beispielsweise ist die Lambdasonde 8 als Breitbandlambdasonde und die Lambdasonde 9 als Sprunglambdasonde ausgestaltet.
  • Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 weist einen Sauerstoffspeicher auf, welcher vorzugsweise in den Katalysator integriert ist. In dem Sauerstoffspeicher kann in dem Abgas enthaltener Sauerstoff beziehungsweise Restsauerstoff zwischengespeichert werden. Auf diese Art und Weise können Abweichungen eines Mischungsverhältnisses eines für das Betreiben der Brennkraftmaschine 2 verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs von der stöchiometrischen Zusammensetzung zumindest kurzfristig ausgeglichen werden. Entsprechend wird dem die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 durchströmenden Abgas bei Sauerstoffmangel Sauerstoff zugeführt und bei Sauerstoffüberschuss entnommen. Somit kann sichergestellt werden, dass in der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 stets ein stöchiometrisches Verhältnis vorliegt, für welches die Konvertierungsrate der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 üblicherweise am höchsten ist.
  • In einer ersten Betriebsart der Antriebseinrichtung wird das Mischungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs mittels einer Lambdaregelung eingestellt, wobei als Regelgröße die Differenz zwischen einem gemessenen Lambdaistwert und einem Lambdasollwert entspricht. Als Lambdasollwert wird üblicherweise ein einem stöchiometrischen Mischungsverhältnis entsprechender Lambdawert verwendet.
  • Beispielsweise aufgrund einer Störung, welche insbesondere während eines instationären Betriebszustands der Antriebseinrichtung 1 vorliegt, kann es jedoch zu einer Abweichung des Lambdaistwerts von dem Lambdasollwert kommen. Wird eine solche Abweichung festgestellt, so wird eine Sauerstoffbilanzmasse ermittelt, die während der Abweichung in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird. Zur Ermittlung der Sauerstoffbilanzmasse wird die Sauerstoffmassenbilanzierung herangezogen. Diese beruht auf dem Lambdaistwert und einem Abgasmassenstrom durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung 4, welcher beispielsweise gemessen oder mittels eines Modells bestimmt wird.
  • Überschreitet die während der Abweichung auftretende Sauerstoffbilanzmasse einen Schwellenwert, so wird eine zweite Betriebsart durchgeführt beziehungsweise aus der ersten Betriebsart in die zweite Betriebsart umgeschaltet. In der zweiten Betriebsart soll das Mischungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs auf ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt werden, wenn die Sauerstoffbilanzmasse in den Sauerstoffspeicher eingetragen wurde. Wurde dagegen die Sauerstoffbilanzmasse aus dem Sauerstoffspeicher ausgetragen, so soll das Mischungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt werden. Insoweit wird einer Veränderung des Istfüllstands des Sauerstoffspeichers, welche während der Abweichung des Lambdaistwerts von dem Lambdasollwert aufgetreten ist, entgegengewirkt. Wurde Sauerstoff während der Abweichung ausgetragen, so soll er nun wieder in den Sauerstoffspeicher eingetragen werden. Wurde er eingetragen, so soll er nun wieder ausgetragen werden.
  • Vorzugsweise wird während der zweiten Betriebsart beziehungsweise während des Verstellens des Mischungsverhältnisses eine Sauerstoffkorrekturmasse ermittelt. Dies erfolgt beispielsweise ebenfalls mit Hilfe der Sauerstoffmassenbilanzierung. Die Sauerstoffkorrekturmasse entspricht derjenigen Sauerstoffmasse, welche während der zweiten Betriebsart in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder ausgetragen wird. Beispielsweise wird das Verstellen des Mischungsverhältnisses beziehungsweise das Durchführen der zweiten Betriebsart vorgenommen, bis die Sauerstoffkorrekturmasse die Sauerstoffbilanzmasse erreicht. Anschließend wird die zweite Betriebsart beziehungsweise das Verstellen beendet und erneut die erste Betriebsart durchgeführt, also das Mischungsverhältnis mittels der Lambdaregelung aufgrund des Lambdaistwerts und des Lambdasollwerts eingestellt.
  • Wird unmittelbar von der zweiten Betriebsart auf die erste Betriebsart umgeschaltet, wenn die Sauerstoffkorrekturmasse die Sauerstoffbilanzmasse erreicht hat, so kann davon ausgegangen werden, dass die aus dem Sauerstoffspeicher ausgetragenen beziehungsweise die eingetragene Sauerstoffmasse derjenigen Sauerstoffmasse entspricht, welche zuvor während der Abweichung in den Sauerstoffspeicher eingetragen beziehungsweise aus ihm ausgetragen wurde. Somit entspricht idealerweise der Istfüllstand des Sauerstoffspeichers bei Beendigung der zweiten Betriebsart dem Istfüllstand des Sauerstoffspeichers unmittelbar vor dem Auftreten der Abweichung.
  • Mit Hilfe der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise kann der Sauerstoffspeicher sehr lange auf einem Istfüllstand gehalten werden, welcher zumindest näherungsweise seinem Sollfüllstand entspricht. Es kommt insoweit seltener zu Durchbrüchen, bei welchen der Sauerstoffspeicher entweder vollständig voll oder vollständig leer ist. Insoweit werden über einen längeren Zeitraum hinweg hohe Konvertierungsraten der Abgasnachbehandlungseinrichtung 4 sichergestellt.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) mit einer Brennkraftmaschine (2) sowie einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) für Abgas der Brennkraftmaschine (2), wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) wenigstens einen Sauerstoffspeicher aufweist, wobei in einer ersten Betriebsart zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses eines zum Betreiben der Brennkraftmaschine (2) verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs eine Lambdaregelung eines gemessenen Lambdaistwerts auf einen Lambdasollwert vorgenommen wird, und wobei zumindest zeitweise eine Sauerstoffmassenbilanzierung für den Sauerstoffspeicher mittels des Lambdaistwerts und eines Abgasmassenstroms durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abweichung des Lambdaistwerts von dem Lambdasollwert eine Sauerstoffbilanzmasse ermittelt wird, die während der Abweichung in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird, und nachfolgend eine zweite Betriebsart durchgeführt wird, in welcher das Mischungsverhältnis bei eingetragener Sauerstoffbilanzmasse auf ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder bei ausgetragener Sauerstoffbilanzmasse auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt wird, wobei in der zweiten Betriebsart mittels der Sauerstoffmassenbilanzierung eine Regelung eines Istfüllstands des Sauerstoffspeichers auf einen Sollfüllstand vorgenommen wird und der Istfüllstand zu Beginn der zweiten Betriebsart auf einen Wert gesetzt wird, der um die Sauerstoffbilanzmasse von dem Sollfüllstand abweicht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verstellens des Mischungsverhältnisses mittels der Sauerstoffmassenbilanzierung eine Sauerstoffkorrekturmasse ermittelt wird, die in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen des Mischungsverhältnisses erfolgt, bis die Sauerstoffkorrekturmasse die Sauerstoffbilanzmasse erreicht.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Betriebsart nur dann durchgeführt wird, wenn die Sauerstoffbilanzmasse größer ist als ein Schwellenwert.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambdaistwert aus einem Messwert einer stromaufwärts des Sauerstoffspeichers angeordneten ersten Lambdasonde (8) ermittelt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambdaistwert im Rahmen einer Trimmregelung mittels eines Messwerts einer stromabwärts des Sauerstoffspeichers angeordneten zweiten Lambdasonde (9) korrigiert wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zum Ermitteln der Sauerstoffbilanzmasse verwendete Lambdaistwert vor dem Ermitteln der Sauerstoffbilanzmasse gefiltert wird, insbesondere mittels eines Hochpassfilters.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Grenzfrequenz des Hochpassfilters ein Wert von 1/x verwendet wird, wobei x mindestens 1 s, mindestens 2 s, mindestens 5 s, mindestens 10 s, mindestens 15 s oder mindestens 20 s beträgt.
  9. Antriebseinrichtung (1), insbesondere Antriebseinrichtung (1) zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Brennkraftmaschine (2) sowie einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) für Abgas der Brennkraftmaschine (2), wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) wenigstens einen Sauerstoffspeicher aufweist, wobei in einer ersten Betriebsart zum Einstellen eines Mischungsverhältnisses eines zum Betreiben der Brennkraftmaschine (2) verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs eine Lambdaregelung eines gemessenen Lambdaistwerts auf einen Lambdasollwert vorgenommen wird, und wobei zumindest zeitweise eine Sauerstoffmassenbilanzierung für den Sauerstoffspeicher mittels des Lambdaistwerts und eines Abgasmassenstroms durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung (4) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, bei einer Abweichung des Lambdaistwerts von dem Lambdasollwert eine Sauerstoffbilanzmasse zu ermitteln, die während der Abweichung in den Sauerstoffspeicher eingetragen oder aus ihm ausgetragen wird, und nachfolgend eine zweite Betriebsart durchzuführen, in welcher das Mischungsverhältnis bei eingetragener Sauerstoffbilanzmasse auf ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch und/oder bei ausgetragener Sauerstoffbilanzmasse auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch eingestellt wird, wobei in der zweiten Betriebsart mittels der Sauerstoffmassenbilanzierung eine Regelung eines Istfüllstands des Sauerstoffspeichers auf einen Sollfüllstand vorgenommen wird und der Istfüllstand zu Beginn der zweiten Betriebsart auf einen Wert gesetzt wird, der um die Sauerstoffbilanzmasse von dem Sollfüllstand abweicht.
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