DE102021102455A1 - 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 einem Abgas erzeugenden Antriebsaggregat (2) und einer als Fahrzeugkatalysator ausgestalteten Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) zur Nachbehandlung des Abgases, wobei mittels einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) angeordneten ersten Lambdasonde (4) ein den Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibender erster Messwert (6) und mittels einer stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) angeordneten zweiten Lambdasonde (5) ein den Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibender zweiter Messwert (7) gemessen wird, und wobei das Verbrennungsluftverhältnis eines zum Betreiben des Antriebsaggregats (2) verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs anhand des ersten Messwerts (6) und des zweiten Messwerts (7) eingestellt wird. Dabei ist vorgesehen, dass bei einem Erreichen eines Schwellenwerts durch den zweiten Messwert (7) das Verbrennungsluftverhältnis innerhalb einer ersten Zeitspanne um einen Differenzwert in eine bestimmte Richtung und anschließend über eine zweite Zeitspanne hinweg mit einer in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße der Antriebseinrichtung (1) ermittelten Geschwindigkeit in dieselbe Richtung verstellt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit einem Abgas erzeugenden Antriebsaggregat und einer als Fahrzeugkatalysator ausgestalteten Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases, wobei mittels einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten ersten Lambdasonde ein den Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibender erster Messwert und mittels einer stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten zweiten Lambdasonde ein den Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibender zweiter Messwert gemessen wird, und wobei das Verbrennungsluftverhältnis eines zum Betreiben des Antriebsaggregats verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs anhand des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts eingestellt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
  • Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2013 201 734 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Lambdasondenanordnung im Abgassystem einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer ersten Lambdasonde stromaufwärts eines Katalysators und wenigstens einer zweiten Lambdasonde, die eine Sprungsonde ist, stromabwärts des Katalysators, wobei eine Diagnose eines Kennlinienoffsets der ersten Lambdasonde und gegebenenfalls eine Adaption eines Kennlinienoffsetfehlers vorgenommen wird. Dabei ist vorgesehen, dass zur Diagnose bei aktiver Lambdaverstellung ein Wert, der die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Katalysators repräsentiert, und ein weiterer Wert, der die Sauerstoffaustragfähigkeit des Katalysators repräsentiert, erfasst werden und aus dem Verhältnis der Sauerstoffspeicherfähigkeit zu der Sauerstoffaustragfähigkeit ein Kennlinienoffset der ersten Lambdasonde berechnet wird.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere durch präzises Einstellen des Verbrennungsluftverhältnisses einen geringeren Kraftstoffverbrauch der Antriebseinrichtung ermöglicht.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass bei einem Erreichen eines Schwellenwerts durch den zweiten Messwert das Verbrennungsluftverhältnis innerhalb einer ersten Zeitspanne um einen Differenzwert in eine bestimmte Richtung und anschließend über eine zweite Zeitspanne hinweg mit einer in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße der Antriebseinrichtung ermittelten Geschwindigkeit in dieselbe Richtung verstellt wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die Antriebseinrichtung dient insbesondere dem Antreiben eines Kraftfahrzeugs und insoweit dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Die Antriebseinrichtung ist vorzugsweise Bestandteil des Kraftfahrzeugs, kann jedoch selbstverständlich auch separat von diesem vorliegen und dient in diesem Fall allein dem Bereitstellen des Antriebsdrehmoments.
  • Das Antriebsdrehmoment wird von der Antriebseinrichtung mithilfe des Antriebsaggregats bereitgestellt. Dieses wird mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben, welches dem Antriebsaggregat zugeführt oder erst in dem Antriebsaggregat erzeugt wird. In jedem Fall werden dem Antriebsaggregat Frischgas und Kraftstoff zugeführt, wobei das Frischgas zumindest zeitweise und zumindest teilweise Frischluft aus einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung enthält. Das Antriebsaggregat liegt insbesondere als Brennkraftmaschine vor, besonders bevorzugt als Diesel-Brennkraftmaschine oder als Otto-Brennkraftmaschine.
  • Während des Betriebs des Antriebsaggregats fällt Abgas an, welches der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt und über diese in Richtung der Au-ßenumgebung abgeführt wird. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist hierbei als Fahrzeugkatalysator ausgestaltet, dient also einem katalytischen Umsetzen von in dem Abgas enthaltenen Schadstoffen in ungefährlichere Produkte. Der Fahrzeugkatalysator liegt insbesondere als Drei-Wege-Katalysator oder als Speicherkatalysator vor. Das von dem Antriebsaggregat erzeugte Abgas kann optional zumindest teilweise in das Antriebsaggregat zurückgeführt werden, sodass das dem Antriebsaggregat zugeführte Frischgas zumindest teilweise als Abgas vorliegt. Eine solche Vorgehensweise wird als Abgasrückführung bezeichnet.
  • Das zum Betreiben des Antriebsaggregats verwendete Kraftstoff-Luft-Gemisch weist das Verbrennungsluftverhältnis auf. Das Verbrennungsluftverhältnis beschreibt hierbei das Massenverhältnis von Luft zu Kraftstoff relativ zum stöchiometrisch idealen Verhältnis. Bei einem Verbrennungsluftverhältnis von eins ist das Kraftstoff-Luft-Gemisch insoweit stöchiometrisch, bei einem Verbrennungsluftverhältnis von kleiner als eins liegt Luftmangel und bei einem Verbrennungsluftverhältnis von größer als eins liegt Luftüberschuss vor.
  • Das Verbrennungsluftverhältnis wird anhand zweier Messwerte eingestellt, nämlich anhand des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts. Die Messwerte werden mithilfe von Lambdasonden ermittelt. Genauer gesagt wird der erste Messwert mithilfe der ersten Lambdasonde gemessen, die stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist, insoweit also strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Der zweite Messwert wird hingegen mithilfe der zweiten Lambdasonde gemessen, die stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet ist, also strömungstechnisch nach der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
  • Der erste Messwert beschreibt den Restsauerstoffgehalt des Abgases stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung und der zweite Messwert den Restsauerstoffgehalt des Abgases stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Der erste Messwert liegt vorzugsweise in Form eines Lambdawerts vor, also als Verbrennungsluftverhältnis. Der zweite Messwert ist bevorzugt eine von der zweiten Lambdasonde gelieferte elektrische Spannung.
  • Bevorzugt wird der erste Messwert durch das Einstellen des Verbrennungsluftverhältnisses auf einen Sollwert geregelt. Dieser Vorgang wird auch als Lambdaregelung bezeichnet. Der Sollwert wird hierbei bevorzugt anhand des zweiten Messwerts festgelegt. Um einen besonders effizienten Betrieb des Antriebsaggregats zu erzielen, wird, sobald der zweite Messwert den Schwellenwert erreicht, das Verbrennungsluftverhältnis innerhalb der ersten Zeitspanne um den Differenzwert in die bestimmte Richtung verstellt. Anschließend wird über die zweite Zeitspanne hinweg das Verbrennungsluftverhältnis mit der Geschwindigkeit in dieselbe Richtung verstellt.
  • Es ist also vorgesehen, das Verbrennungsluftverhältnis während der beiden Zeitspannen auf unterschiedliche Art und Weise einzustellen. Vorzugsweise schließt sich hierbei die zweite Zeitspanne unmittelbar an die erste Zeitspanne an. Während der ersten Zeitspanne wird das Verbrennungsluftverhältnis um den Differenzwert verändert. Die erste Zeitspanne hat eine bestimmte Zeitdauer, besonders bevorzugt ist diese deutlich geringer als eine Zeitdauer der zweiten Zeitspanne. Vorzugsweise erfolgt das Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses um den Differenzwert instantan oder im Wesentlichen instantan, sodass die erste Zeitspanne sehr kurz, insbesondere infinitesimal kurz, ist.
  • Das Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses innerhalb der zweiten Zeitspanne erfolgt hingegen über einen längeren Zeitraum hinweg. Hierbei ist es nicht vorgesehen, das Verbrennungsluftverhältnis unmittelbar um einen bestimmten Wert zu verändern, sondern vielmehr erfolgt das Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses mit der Geschwindigkeit. Unter der Geschwindigkeit ist insbesondere ein Gradient des Verbrennungsluftverhältnisses über der Zeit zu verstehen.
  • Besonders bevorzugt wird die Geschwindigkeit bereits vor Beginn der zweiten Zeitspanne oder zumindest zu Beginn der zweiten Zeitspanne ermittelt und nachfolgend über die gesamte zweite Zeitspanne hinweg zum Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses verwendet, sodass die Geschwindigkeit über die zweite Zeitspanne hinweg konstant ist. Selbstredend kann jedoch alternativ eine über die zweite Zeitspanne hinweg variable Geschwindigkeit verwendet werden. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit wenigstens einmal oder mehrfach während der zweiten Zeitspanne neu ermittelt und nachfolgend die neu ermittelte Geschwindigkeit zum Einstellen des Verbrennungsluftverhältnisses verwendet.
  • Das Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses erfolgt insbesondere durch Verstellen des bereits erwähnten Sollwerts. Es ist also vorgesehen, bei dem Erreichen des Schwellenwerts durch den zweiten Messwert den Sollwert innerhalb der ersten Zeitspanne um den Differenzwert in die bestimmte Richtung und anschließend über die zweite Zeitspanne hinweg mit der in Abhängigkeit von der Zustandsgröße der Antriebseinrichtung ermittelten Geschwindigkeit in dieselbe Richtung zu verstellen. Anschließend wird im Rahmen der erläuterten Lambdaregelung der erste Messwert auf den Sollwert geregelt, nämlich durch Einstellen des Verbrennungsluftverhältnisses.
  • Grundsätzlich hängt die Richtung, in die das Verbrennungsluftverhältnis verstellt wird, von der Richtung ab, in welcher der zweite Messwert den Schwellenwert erreicht. Erreicht der zweite Messwert den Schwellenwert in einer ersten Richtung, beispielsweise von unten, so wird das Verbrennungsluftverhältnis in einer ersten bestimmten Richtung verstellt. Erreicht hingegen der zweite Messwert den Schwellenwert aus einer von der ersten Richtung verschiedenen zweiten Richtung, beispielsweise von oben, so wird das Verbrennungsluftverhältnis in eine der ersten bestimmten Richtung entgegengesetzte zweite bestimmte Richtung verstellt. Hierdurch ist eine sogenannte Eigenfrequenzregelung des Verbrennungsluftverhältnisses realisiert.
  • Ein besonders geringer Kraftstoffverbrauch der Antriebseinrichtung wird erzielt, sofern das Verbrennungsluftverhältnis und/oder der erste Messwert während der ersten Zeitspanne stets denselben Wert durchlaufen. Beispielsweise entspricht dieser Wert für den ersten Messwert dem stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnis, also λ = 1. Wird die Geschwindigkeit, mit welcher das Verbrennungsluftverhältnis über die zweite Zeitspanne hinweg verstellt wird, stets gleich gewählt, also für unterschiedliche zweite Zeitspannen identisch, so kann es vorkommen, dass ein solcher Durchlauf für eine auf die zweite Zeitspanne folgende erste Zeitspanne nicht erreicht wird.
  • Aus diesem Grund ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Geschwindigkeit, mit welcher das Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses während der zweiten Zeitspanne erfolgt, in Abhängigkeit von der Zustandsgröße der Antriebseinrichtung ermittelt wird. Das Ermitteln der Geschwindigkeit erfolgt insbesondere, wie bereits erläutert, vor der zweiten Zeitspanne oder zu Beginn der zweiten Zeitspanne. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Geschwindigkeit während der zweiten Zeitspanne mehrfach, insbesondere regelmäßig, in Abhängigkeit von der Zustandsgröße zu ermitteln.
  • Die Zustandsgröße der Antriebseinrichtung ist eine über der Zeit variable Größe, welche insbesondere von einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats abhängt beziehungsweise diesen beschreibt. Der Betriebspunkt des Antriebsaggregats zeichnet sich vorzugsweise durch das von dem Antriebsaggregat erzeugte Antriebsdrehmoment und/oder eine Drehzahl des Antriebsaggregats aus. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht eine besonders hohe Effizienz der Antriebseinrichtung und entsprechend einen geringen Kraftstoffverbrauch.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Zustandsgröße zumindest eine der folgenden Größen verwendet wird: Abgasdurchsatz durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung, in der Abgasnachbehandlungseinrichtung speicherbare Sauerstoffmenge, Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung und Alter und/oder Betriebsdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung. In anderen Worten wird die Geschwindigkeit in Abhängigkeit von wenigstens einer der genannten Größen, bevorzugt mehrerer der genannten Größen bestimmt. Die Geschwindigkeit liegt insoweit als Funktion zumindest einer der genannten Größen oder mehrerer der genannten Größen vor.
  • Besonders bevorzugt findet als Zustandsgröße der Abgasdurchsatz Verwendung. Der Abgasdurchsatz beschreibt die Abgasmenge, die die Abgasnachbehandlungseinrichtung pro Zeiteinheit durchströmt. Der Abgasdurchsatz ist beispielsweise ein Abgasmassenstrom oder ein Abgasvolumenstrom. Die Berücksichtigung des Abgasdurchsatzes bei dem Ermitteln der Geschwindigkeit hat den Vorteil, dass ein Beladen und/oder Entladen eines Sauerstoffspeichers des Fahrzeugkatalysators mit in dem Abgas enthaltenem Sauerstoff berücksichtigt wird.
  • Zusätzlich oder alternativ wird als Zustandsgröße die Sauerstoffmenge herangezogen, die in der Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise dem Fahrzeugkatalysator speicherbar ist. Auch hierdurch findet der Sauerstoffspeicher des Fahrzeugkatalysators Berücksichtigung. Besonders bevorzugt wird die Geschwindigkeit sowohl aus dem Abgasdurchsatz als auch der speicherbaren Sauerstoffmenge ermittelt. Die speicherbare Sauerstoffmenge hängt dabei insbesondere von der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung und dem Alter beziehungsweise der Betriebsdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung ab. Unter dem Alter der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist die Zeitdauer von der Herstellung der Abgasnachbehandlungseinrichtung bis zum jetzigen Zeitpunkt zu verstehen. Die Betriebsdauer beschreibt hingegen die Dauer des Zeitraums, über welchen hinweg der Abgasnachbehandlungseinrichtung tatsächlich Abgas zugeführt wurde.
  • Beispielsweise kann es vorgesehen sein, die speicherbare Sauerstoffmenge aus der Temperatur und dem Alter beziehungsweise der Betriebsdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu ermitteln und nachfolgend zum Bestimmen der Geschwindigkeit heranzuziehen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, die Temperatur und/oder das Alter beziehungsweise die Betriebsdauer unmittelbar bei dem Ermitteln der Geschwindigkeit heranzuziehen. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht eine besonders genaue Bestimmung derjenigen Geschwindigkeit, mit welcher das Verbrennungsluftverhältnis verstellt werden muss, damit wären des nachfolgenden Verstellen um den Differenzwert während einer nachfolgenden ersten Zeitspanne ein Durchlaufen des gewünschten Werts durch den ersten Messwert beziehungsweise das Verbrennungsluftverhältnis sichergestellt ist.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einem Erreichen des Schwellenwerts durch den zweiten Messwert aus Richtung Sauerstoffüberschuss beschreibender Werte das Verbrennungsluftverhältnis in Richtung Sauerstoffüberschuss verstellt wird, und/oder dass bei einem Erreichen des Schwellenwerts durch den zweiten Messwert aus Richtung Sauerstoffmangel beschreibender Werte das Verbrennungsluftverhältnis in Richtung Sauerstoffmangel verstellt wird. Vorzugsweise wird als zweiter Messwert eine Spannung verwendet, die von der zweiten Lambdasonde geliefert wird. Überschreitet diese Spannung den Schwellenwert, so wird das Verbrennungsluftverhältnis in Richtung Sauerstoffüberschuss verstellt, also in Richtung eines größeren Verbrennungsluftverhältnisses. Unterschreitet hingegen die Spannung den Schwellenwert, so wird das Verbrennungsluftverhältnis in Richtung Sauerstoffmangel, also in Richtung kleinerer Verbrennungsluftverhältnisse, verändert. Hierdurch wird eine bedarfsgerechte Regelung des Verbrennungsluftverhältnisses erzielt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verstellen um den Differenzwert instantan vorgenommen wird. Durch das Verstellen um den Differenzwert liegt also ein Sprung des Verbrennungsluftverhältnisses beziehungsweise zumindest des Sollwerts vor. Entsprechend ist die erste Zeitspanne kürzer als die zweite Zeitspanne, insbesondere ist ihre Dauer (theoretisch) infinitesimal klein. Durch das instantane Verstellen wird das Verbrennungsluftverhältnis rasch an den zum Erzielen einer hohen Effizienz des Antriebsaggregats notwendigen Wert angeglichen.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Differenzwert konstant gewählt wird. Der Differenzwert bleibt insoweit während des Betriebs der Antriebseinrichtung gleich. Vorzugsweise wird er lediglich einmalig festgelegt, beispielsweise zu Beginn des Betriebs der Antriebseinrichtung. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass der Differenzwert in der Antriebseinrichtung fest hinterlegt ist und beispielsweise bereits bei der Herstellung der Antriebseinrichtung festgelegt wird. Der Differenzwert entspricht beispielsweise einer Lambdadifferenz von etwa 3 %, also einer Lambdadifferenz von 0,03. Hierdurch wird ein rasches Einstellen des Verbrennungsluftverhältnisses für einen effizienten Betrieb der Antriebseinrichtung sichergestellt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zweite Zeitspanne bis zu einem erneuten Erreichen des Schwellenwerts andauert. Durch das Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses während der ersten Zeitspanne und der zweiten Zeitspanne wird die Richtung, in welche sich der zweite Messwert verändert, zumindest nach einer Weile umgekehrt. Nach dem Erreichen des Schwellenwerts durchläuft der zweite Messwert also zunächst den Schwellenwert und das Verbrennungsluftverhältnis wird verstellt. Hierdurch kehrt sich nach einer Weile die Richtung der Veränderung des zweiten Messwert um, sodass dieser aus der anderen Richtung den Schwellenwert erneut erreicht. Das Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses wird solange durchgeführt, bis dies der Fall ist. Entsprechend dauert die zweite Zeitspanne bis zu dem erneuten Erreichen des Schwellenwerts an. Wiederum dient dies dem zuverlässigen Einstellen des Verbrennungsluftverhältnisses auf einen Wert, der einen besonders effizienten Betrieb der Antriebseinrichtung sicherstellt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses innerhalb der zweiten Zeitspanne gemäß einem die Geschwindigkeit darstellenden Verbrennungsluftverhältnisgradient erfolgt, der in Abhängigkeit von der Zustandsgröße der Antriebseinrichtung ermittelt wird. Die vorstehend bereits erwähnte Geschwindigkeit ist insoweit der Gradient des Verbrennungsluftverhältnisses über der Zeit. Beispielsweise beträgt er mindestens 0,0005 1/s und höchstens 0,0035 1/s, mindestens 0,001 1/s und höchstens 0,003 1/s, mindestens 0,0015 1/s und höchstens 0,0025 1/s oder in etwa oder genau 0,002 1/s.
  • In jedem Fall ist die Veränderung des Verbrennungsluftverhältnisses mittels des Verbrennungsluftverhältnisgradient pro Sekunde in einer bevorzugten Ausgestaltung kleiner als der Differenzwert, insbesondere beträgt er höchstens 25 %, höchstens 20 %, höchstens 15 % oder höchstens 10 % davon. Anders ausgedrückt beträgt der Verbrennungsluftverhältnisgradient höchstens 25 %, höchstens 20 %, höchstens 15 % oder höchstens 10 % des Produkts aus Differenzwert und 1/s. Hierdurch wird der effiziente Betrieb der Antriebseinrichtung erzielt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verbrennungsluftverhältnis durch entsprechende Wahl des Schwellenwerts derart eingestellt wird, dass es im zeitlichen Mittel im Bereich des Sauerstoffmangels liegt. Anders ausgedrückt soll der erste Messwert im zeitlichen Mittel im Bereich des Sauerstoffmangels liegen. Insbesondere sollen also das Verbrennungsluftverhältnis und/oder der erste Messwert im Mittel kleiner als eins sein, insbesondere höchstens 0,99, höchstens 0,98 oder höchstens 0,97 betragen. Der hierzu notwendige Schwellenwert ist üblicherweise von der zweiten Lambdasonde abhängig. Liegt der zweite Messwert in Form der Spannung vor, so wird für den Schwellenwert beispielsweise ein Wert von mindestens 0,45 V, mindestens 0,5 V, mindestens 0,55 V oder mindestens 0,6 V gewählt. Besonders bevorzugt ist der Schwellenwert größer als 0,6 V, insbesondere beträgt er 0,61 V oder 0,62 V. Hierdurch wird der effiziente Betrieb der Antriebseinrichtung realisiert.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als erste Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde und als zweiten Lambdasonde eine Sprunglambdasonde verwendet wird. Die Breitbandlambdasonde setzt sich bevorzugt aus mehreren Messzellen zusammen, nämlich einer Pumpzelle und einer Nernstzelle. Durch einen solchen Aufbau ist mittels der Breitbandlambdasonde eine genaue Messung des Restsauerstoffgehalts des Abgases auch abseits eines stöchiometrischen Verbrennungsluftverhältnisses möglich. Die Sprunglambdasonde weist hingegen bevorzugt lediglich eine einzige Nernstzelle auf. Sie kann insoweit auch als Nernstsonde oder Spannungssprungsonde bezeichnet werden. Die Breitbandlambdasonde hat den Vorteil eines großen Messbereichs, die Sprunglambdasonde den Vorteil einer höheren Genauigkeit. Durch eine Kombination von Breitbandlambdasonde und Sprunglambdasonde können entsprechend eine hohe Genauigkeit der Lambdaregelung und somit eine hohe Effizienz erzielt werden.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, mit einem Abgas erzeugenden Antriebsaggregat und einer als Fahrzeugkatalysator ausgestalteten Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases, wobei die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, mittels einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten ersten Lambdasonde einen den Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibenden ersten Messwert und mittels einer stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten zweiten Lambdasonde einen den Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibenden zweiten Messwert zu messen, wobei das Verbrennungsluftverhältnis eines zum Betreiben des Antriebsaggregats verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs anhand des ersten Messwerts und des zweiten Messwerts eingestellt wird.
  • Dabei ist die Antriebseinrichtung weiter dazu vorgesehen und ausgestaltet, bei einem Erreichen eines Schwellenwerts durch den zweiten Messwert das Verbrennungsluftverhältnis innerhalb einer ersten Zeitspanne um einen Differenzwert in eine bestimmte Richtung und anschließend über eine zweite Zeitspanne hinweg mit einer in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße der Antriebseinrichtung ermittelten Geschwindigkeit in dieselbe Richtung zu verstellen.
  • Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
  • Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, sowie
    • 2 mehrere Diagramme, in welchen Verläufe für einen ersten Messwert, einen Kraftstoffdurchsatz sowie einen zweiten Messwert dargestellt sind.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1 für ein nicht näher dargestelltes Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung 1 umfasst ein Antriebsaggregat 2, mittels welchem ein Antriebsdrehmoment der Antriebseinrichtung 1 erzeugbar beziehungsweise bereitstellbar ist. Das Antriebsaggregat 2 liegt bevorzugt in Form einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Otto-Brennkraftmaschine oder einer Diesel-Brennkraftmaschine, vor. Das Antriebsaggregat 2 wird unter Verwendung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs betrieben, welches unter Einhaltung eines bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses zusammengestellt wird.
  • Während des Betriebs des Antriebsaggregats 2 fällt Abgas an, welches vollständig einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 zugeführt wird, die in Form eines Fahrzeugkatalysators vorliegt. Das von dem Antriebsaggregat 2 erzeugte Abgas wird über die Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 einer Au-ßenumgebung der Antriebseinrichtung 1 zugeführt. Stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3, also strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat 2 und der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 wird mittels einer ersten Lambdasonde 4 ein den Restsauerstoffgehalt des Abgases an dieser Stelle beschreibender erster Messwert 6 gemessen. Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3, also auf der dem Antriebsaggregat 2 abgewandten Seite der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3, wird mittels einer zweiten Lambdasonde 5 ein zweiter Messwert 7 gemessen, welcher den Restsauerstoffgehalts des Abgases an dieser Stelle beschreibt.
  • Die erste Lambdasonde 4 ist vorzugsweise als Breitbandlambdasonde ausgestaltet, wohingegen die zweite Lambdasonde 5 als Sprunglambdasonde vorliegt. Mithilfe der ersten Lambdasonde 4 und der zweiten Lambdasonde 5 wird das Verbrennungsluftverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs eingestellt. Hierbei findet ein Vorgabewert 8 Verwendung, welcher beispielsweise von einem Steuergerät der Antriebseinrichtung 1 festgelegt wird. Vorzugsweise liegt der Vorgabewert 8 bei eins oder zumindest in etwa bei eins.
  • Die 2 zeigt drei Diagramme, in welchen Verläufe 9, 10 und 11 den Betrieb einer herkömmlichen Antriebseinrichtung 1 beschreiben. Der Verlauf 9 zeigt hierbei den Verlauf des ersten Messwerts 6 über der Zeit. Der Verlauf 10 gibt hingegen einen Abgasdurchsatz in Form eines Abgasmassenstroms wieder. Der Verlauf 11 zeigt den Verlauf des zweiten Messwerts 7 über der Zeit. Zu einem Zeitpunkt t1 erreicht der zweiten Messwert einen Schwellenwert, angedeutet durch die Linie 12. Anschließend wird das Verbrennungsluftverhältnis, wie anhand des ersten Messwerts 6 beziehungsweise des Verlaufs 9 erkennbar um einen Differenzwert in eine bestimmte Richtung verstellt.
  • An die erste Zeitspanne schließt sich eine zweite Zeitspanne an, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel von t1 bis t2 reicht. Innerhalb dieser Zeitspanne wird das Verbrennungsluftverhältnis mit einer bestimmten Geschwindigkeit in dieselbe Richtung verstellt wie zuvor. Dies wird so lange durchgeführt, bis der zweite Messwert 7 wiederum den Schwellenwert erreicht.
  • Dies ist in dem Zeitpunkt t2 der Fall. Erneut wird nachfolgend das Verbrennungsluftverhältnis zunächst um den Differenzwert und anschließend mit der bestimmten Geschwindigkeit verstellt, wie an dem Verlauf 9 erkennbar ist. Die zweite Zeitspanne erstreckt sich in diesem Fall von dem Zeitpunkt t2 bis hin zu dem Zeitpunkt t3, in welchem der zweite Messwert 7 wiederum den Schwellenwert erreicht und die bereits beschriebene Vorgehensweise wiederholt wird.
  • Es ist erkennbar, das verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses in den Zeitpunkten t1, t2 und t4 hinreichend ist, damit das Verbrennungsluftverhältnis bei dem Verstellen um den Differenzwert einen bestimmten Wert durchläuft, welcher hier bei λ = 1 liegt. Für den Zeitpunkt t3 tritt ein solches Durchlaufen nicht auf. Dies liegt darin begründet, dass der Abgasdurchsatz zwischen den Zeitpunkten t2 und t3 absinkt, sodass ein Füllstand eines Sauerstoffspeichers der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 nicht so schnell gefüllt beziehungsweise geleert wird wie angenommen.
  • Aus diesem Grund ist es nun vorgesehen, die Geschwindigkeit, mit welcher das Verbrennungsluftverhältnis während der zweiten Zeitspanne verstellt wird, in Abhängigkeit von dem Abgasdurchsatz zu wählen. Diese Vorgehensweise wird durch die Verläufe 13 und 14 illustriert, wobei der Verlauf 13 wiederum den Verlauf des ersten Messwerts 6 über der Zeit und der Verlauf 14 den Verlauf des zweiten Messwerts 7 über der Zeit darstellt. Es ist deutlich erkennbar, dass mit dieser Vorgehensweise in jedem der Zeitpunkte t1, t2, t3 und t4 während des Verstellens des Verbrennungsluftverhältnisses um den Differenzwert das gewünschte Durchlaufen des bestimmten Werts, beispielsweise Lambda = 1,0, erzielt wird. Hierdurch ergibt sich eine besonders hohe Effizienz der Antriebseinrichtung 1 und mithin ein geringer Kraftstoffverbrauch.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Antriebseinrichtung
    2
    Antriebsaggregat
    3
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    4
    1. Lambdasonde
    5
    2. Lambdasonde
    6
    1. Messwert
    7
    2. Messwert
    8
    Vorgabewert
    9
    Verlauf
    10
    Verlauf
    11
    Verlauf
    12
    Linie
    13
    Verlauf
    14
    Verlauf
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013201734 A1 [0002]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) mit einem Abgas erzeugenden Antriebsaggregat (2) und einer als Fahrzeugkatalysator ausgestalteten Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) zur Nachbehandlung des Abgases, wobei mittels einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) angeordneten ersten Lambdasonde (4) ein den Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibender erster Messwert (6) und mittels einer stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) angeordneten zweiten Lambdasonde (5) ein den Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibender zweiter Messwert (7) gemessen wird, und wobei das Verbrennungsluftverhältnis eines zum Betreiben des Antriebsaggregats (2) verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs anhand des ersten Messwerts (6) und des zweiten Messwerts (7) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Erreichen eines Schwellenwerts durch den zweiten Messwert (7) das Verbrennungsluftverhältnis innerhalb einer ersten Zeitspanne um einen Differenzwert in eine bestimmte Richtung und anschließend über eine zweite Zeitspanne hinweg mit einer in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße der Antriebseinrichtung (1) ermittelten Geschwindigkeit in dieselbe Richtung verstellt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Zustandsgröße zumindest eine der folgenden Größen verwendet wird: Abgasdurchsatz durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung (3), in der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) speicherbare Sauerstoffmenge, Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) und Alter und/oder Betriebsdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3).
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Erreichen des Schwellenwerts durch den zweiten Messwert (7) aus Richtung Sauerstoffüberschuss beschreibender Werte das Verbrennungsluftverhältnis in Richtung Sauerstoffüberschuss verstellt wird, und/oder dass bei einem Erreichen des Schwellenwerts durch den zweiten Messwert (7) aus Richtung Sauerstoffmangel beschreibender Werte das Verbrennungsluftverhältnis in Richtung Sauerstoffmangel verstellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen um den Differenzwert instantan vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwert konstant gewählt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zeitspanne bis zu einem erneuten Erreichen des Schwellenwerts andauert.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstellen des Verbrennungsluftverhältnisses innerhalb der zweiten Zeitspanne gemäß einem die Geschwindigkeit darstellenden Verbrennungsluftverhältnisgradient erfolgt, der in Abhängigkeit von der Zustandsgröße der Antriebseinrichtung (1) ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsluftverhältnis durch entsprechende Wahl des Schwellenwerts derart eingestellt wird, dass es im zeitlichen Mittel im Bereich des Sauerstoffmangels liegt.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Lambdasonde (4) eine Breitbandlambdasonde und als zweite Lambdasonde (5) eine Sprunglambdasonde verwendet wird.
  10. Antriebseinrichtung (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, mit einem Abgas erzeugenden Antriebsaggregat (2) und einer als Fahrzeugkatalysator ausgestalteten Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) zur Nachbehandlung des Abgases, wobei die Antriebseinrichtung (1) dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, mittels einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) angeordneten ersten Lambdasonde (4) einen den Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibenden ersten Messwert (6) und mittels einer stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) angeordneten zweiten Lambdasonde (5) einen den Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibenden zweiten Messwert (7) zu messen, wobei das Verbrennungsluftverhältnis eines zum Betreiben des Antriebsaggregats (2) verwendeten Kraftstoff-Luft-Gemischs anhand des ersten Messwerts (6) und des zweiten Messwerts (7) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (1) weiter dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, bei einem Erreichen eines Schwellenwerts durch den zweiten Messwert (7) das Verbrennungsluftverhältnis innerhalb einer ersten Zeitspanne um einen Differenzwert in eine bestimmte Richtung und anschließend über eine zweite Zeitspanne hinweg mit einer in Abhängigkeit von einer Zustandsgröße der Antriebseinrichtung (1) ermittelten Geschwindigkeit in dieselbe Richtung zu verstellen.
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