WO2014056625A2 - Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine sowie entsprechende brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine sowie entsprechende brennkraftmaschine Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an internal combustion engine having an exhaust gas purification device, wherein the exhaust gas purification device comprises a flowed through by an exhaust gas stream of the engine and a catalyst disposed upstream of the catalyst in the exhaust stream first lambda probe and a downstream of the catalyst arranged in the exhaust stream second lambda probe, wherein first lambda probe (5) a broadband lambda probe and as a second lambda probe (6) a jump lambda probe is used.
  • the invention further relates to an internal combustion engine.
  • the method is used to operate the internal combustion engine or the exhaust gas purification device, which is assigned to the internal combustion engine.
  • the exhaust gas purification device has at least one catalyst, which can be flowed through by the exhaust gas of the internal combustion engine in the form of the exhaust gas flow.
  • the exhaust gas purification device is further associated with two lambda probes, wherein the first lambda probe upstream of the catalyst and the second lambda probe downstream of the catalyst is arranged such that the oxygen content of the exhaust gas at the respective position upstream or downstream of the catalyst can be determined.
  • both the first lambda probe and the second lambda probe protrude into the exhaust gas flow.
  • the first lambda probe provides a first lambda signal and the second lambda probe a second lambda signal, whereby a first lambda value and from the latter a second lambda value can be determined from the first lambda sensor.
  • the first lambda probe arranged in front of the catalytic converter frequently has only a low accuracy.
  • the first lambda signal provided by it deviates from the actual actual conditions prevailing at the location of the first lambda probe in the exhaust gas by a specific value, the so-called offset. Due to this error, it may happen that the internal combustion engine is adjusted to a mixture composition of a fuel-air mixture supplied to the internal combustion engine, which deviates from that which would be necessary for achieving a good or better conversion performance in the catalyst. Accordingly, the goal is to compensate for the error of the first lambda probe or the offset as quickly as possible.
  • this control can be carried out ' only with an extremely low control speed, because when using a higher control speed control oscillations occur, which in turn lead to a poorer conversion performance of the catalyst.
  • an oxygen filling state of an oxygen storage of the catalytic converter is determined on the basis of a first lambda signal provided by the first lambda sensor and an offset quantity, if a lambda lower signal limit is undershot by a second lambda signal provided by the second lambda probe to a first value corresponding to an empty oxygen reservoir, and / or or when a lambda signal upper limit is exceeded by the second lambda signal is set to a second value corresponding to a full oxygen storage and immediately afterwards regulated to a default charge state during at least one control period, wherein at the end of the control period the offset quantity is adjusted based on the second lambda signal.
  • the oxygen filling State of the oxygen storage is determined, for example, by means of a model. In this case, an integration of an oxygen input into the catalyst or an oxygen discharge from the catalyst is preferably carried out starting from an initial value.
  • the accuracy of the oxygen filling state greatly depends on the accuracy of the first lambda signal. Because this, as described above, is often applied with an offset, the first lambda signal is corrected with the offset size. In the oxygen filling state thus flows in a size which is determined from the first lambda signal and the offset size, for example by addition.
  • the deviation of the first lambda signal from the actual conditions in the exhaust gas also integrates, so that the oxygen fill state error increases over time. This is at least partially prevented by the use of the offset quantity, because - after a corresponding determination - it corrects the first lambda signal in the direction of the actually present conditions.
  • the offset size in order to be able to make a reliable and accurate correction of the first lambda signal.
  • the oxygen filling state is set to the first value, which corresponds to the empty oxygen reservoir. If, on the other hand, the second lambda signal exceeds the upper limit of the lambda signal, then the oxygen filling state is set to the second value. This corresponds to the full oxygen storage.
  • the lambda signal lower limit and the upper limit lambda signal are usually selected differently and are, for example, constant. Of course, however, they can be selected depending on an operating condition of the internal combustion engine. The oxygen filling state of the oxygen storage device is thus reset to a defined value which has been reliably determined by means of the second lambda signal.
  • the mixture composition set on the internal combustion engine is controlled and / or regulated such that the preset filling state adjusts to the oxygen storage over the control period, whereby the oxygen filling state determined by means of the model, for example, coincides with the default filling state.
  • the default filling state is between the first value and the second value, for example, exactly in the middle between these two values, in particular therefore at an oxygen filling state of 50%.
  • the regulation is usually carried out on the basis of the first lambda signal, which represents the conditions present in the exhaust gas upstream of the catalytic converter.
  • the oxygen filling state is continued to be balanced as described above, but based on the oxygen filling state established at the beginning of the control period, either the first value or the second value. It should be noted that the oxygen filling state determined in this manner does not necessarily coincide with the oxygen filling state actually present in the oxygen storage.
  • the offset size is now adjusted based on the second lambda signal. If the quantity determined from the first lambda signal and the offset quantity substantially reproduces the conditions present in the exhaust gas upstream of the catalytic converter, then an actual oxygen filling state which corresponds to the default filling state is present at the end of the control period. This means that a certain amount of oxygen is stored in the oxygen storage. Accordingly, the second lambda signal, substantially independent of the first lambda signal, will indicate a stoichiometric ratio in the exhaust gas downstream of the catalyst. If this is the case, then no correction of the offset size is necessary, so there is at most an adjustment of the offset size, in which this is not or only slightly changed.
  • the second lambda signal shows a lack of oxygen or an excess of oxygen
  • the calculated oxygen filling state corresponds to this however, the oxygen storage is actually either completely filled or completely emptied. Accordingly, it can be concluded that the combination of the first lambda signal and the offset quantity does not reflect the actual conditions in the exhaust gas.
  • the offset quantity is thus corrected with a value which depends on whether the second lambda signal is greater than one or less than one.
  • the adaptation preferably takes place only when the second lambda signal falls below the lower limit of the lambda signal or exceeds the upper limit of the upper limit of the lambda signal, in particular if it continues to fall below or exceeds this limit.
  • the offset value is adjusted by a difference value when the second lambda signal corresponds to a lean mixture composition at the end of the control period and / or is decremented by the difference value when the second lambda signal is at the end of the second Regular period corresponds to a rich mixture composition. If an excess of air is thus detected with the aid of the second lambda probe, the offset quantity is increased by the difference value. In the presence of an oxygen deficiency downstream of the catalyst, however, it is reduced by the difference value.
  • the difference value can be constant or be variably determined as a function of an operating variable or a state variable of the internal combustion engine.
  • the lambda difference magnitude indicates, at least approximately, the difference between the combination of the first lambda signal and the offset quantity with respect to the conditions actually present in the exhaust gas.
  • a lambda difference amount determined from the default fill state, an exhaust mass flow, and the duration of the control period represents a minimum deviation.
  • the default fill state is the state in which the oxygen storage of the catalyst is to be adjusted within the control period. He therefore indicates the amount of oxygen, which should be cached in the oxygen storage after the control period.
  • the exhaust gas mass flow describes the amount, in particular the mass, of the exhaust gas per unit time, which flows through the catalyst. From the exhaust gas mass flow and the duration of the control period so the mass of the exhaust gas can be determined, which flows through the catalyst within the control period.
  • the lambda difference quantity ⁇ can now be determined, for example, from the relationship m-At
  • the sizes used correspond to those defined above.
  • the oxygen mass difference ⁇ m 02 which describes the mass of oxygen to be entered during the control period in the oxygen storage or discharged from it. It therefore preferably corresponds to the default filling state or is determined at least from this.
  • the lambda difference magnitude minus one is reciprocal to both the exhaust mass flow and the duration of the control period while being proportional to the oxygen mass difference.
  • the latter is selected, for example, only as a function of the catalyst used or the oxygen storage capacity of the oxygen storage, so it is preferably constant for successive control periods. If the duration of the control period is also constant, the quantity ⁇ -1 thus essentially depends on the exhaust gas mass flow.
  • the lambda difference magnitude can be determined, for example, at the end of the control period from a time average of the exhaust gas mass flow over the control period.
  • a determination of the lambda difference quantity, which is temporally resolved with respect to the exhaust gas mass flow to be provided by integrating or adding at specific times during the control period. In this way, the accuracy of determining the lambda difference quantity can be further improved.
  • the difference value is constant or is determined as a function of the lambda difference magnitude and / or as a function of a gradient of the second lambda signal in the control period.
  • the difference value by means of which the offset size is adjusted, can thus be chosen to be constant. For example, it is added to or deducted from the previous offset quantity as a function of the sign of the second lambda signal at the end of the control period.
  • the difference value is preferably determined variably as a function of at least one variable.
  • Such a quantity is, for example, the lambda difference quantity, which may correspond to the difference value. Additionally or alternatively, the difference value depends on the gradient of the second lambda signal.
  • the ratios actually existing in the exhaust gas downstream of the catalyst are still far from a stoichiometric ratio, the regulation to the default charge state during the control period results in a large gradient of the second lambda signal. This can be explained by the fact that the oxygen storage has at most a small effect in a range deviating significantly from the stoichiometric ratio. However, if the actual conditions are already in the vicinity of the stoichiometric ratio, ⁇ is thus already approximately equal to one, then the effect of the oxygen storage is significantly greater.
  • the second lambda signal responds with a smaller gradient to the change in the mixture composition to control the default fill state.
  • a maximum value of the gradient present during the control period is used to determine the difference value.
  • the difference value is determined by means of a regulator having at least one proportional element, one integral element and / or one differential element.
  • This type of determination of the difference value is used in particular when the difference value is variable, that is, for example, depends on the lambda difference magnitude and / or the gradient of the second lambda signal.
  • the duration of the control period is constant or is selected as a function of at least one operating variable of the internal combustion engine, in particular the first lambda signal and / or the second lambda signal.
  • the duration of the rule period is always greater than zero, if it is constant, and is for example at least 1 s, at least 2 s, at least 3 s, at least 4 s or at least 5 s.
  • a variable choice of the duration may be provided, for example, depending on the operating size.
  • at least one of the two lambda signals is used, in particular the second lambda signal of the downstream of the catalytic converter. ordered second lambda probe.
  • an output value of the lambda signal is noted at the beginning of the control period, ie, the output value is set equal to the lambda signal present at this time.
  • a difference value of the current converter lambda signal "from the initial value is continuously or at intervals determined, the maximum value of the differential value during the control period is held in the form of a maximum difference value;.
  • the lambda signal corrected with the offset quantity does not coincide with the actual conditions, then the lambda signal will change again in the direction of the output value after exceeding the maximum difference. If the (instantaneous) difference value undershoots the maximum difference value or if a difference between the (current) difference value and the maximum difference value exceeds a specific threshold value which is different from zero, the control period is ended and the offset size is adjusted as described.
  • the procedure is preferably repeated immediately, ie, the oxygen filling state is set to the first value or the second value and, during a further control period, again to the default filling state and at the end of the further control period corrects the offset size (if necessary).
  • the oxygen filling state is determined by means of a model, in particular integrally, from the first lambda signal.
  • the oxygen filling state is preferably determined solely on the basis of the first lambda signal, so that the second lambda signal is ignored. This is sufficient to establish a balance of the oxygen input into the oxygen storage and the oxygen discharge from the oxygen storage.
  • it can also be provided to use not only the first lambda signal but also the second lambda signal for determining the oxygen filling state. In this way, the accuracy can be further increased because also the amount of oxygen leaving the catalyst can be determined more accurately.
  • the second lambda probe is designed as a jump lambda probe, a linearization of the second lambda signal can be carried out for this purpose, for example.
  • the determination of the oxygen filling state is particularly preferably carried out integrally, ie starting from a predetermined value, for example the first value or the second value used to reset the oxygen filling state under said conditions.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the setting of the oxygen filling state to the first value or the second value and the subsequent regulation to the default filling state is performed several times.
  • the offset quantity can be corrected step by step, so that after performing the said steps, the combination of the first lambda signal and the offset quantity coincides exactly or at least almost exactly with the actual conditions in the exhaust gas.
  • the default filling state is set to a value lying between the first value and the second value. At a minimum, it is contemplated that the default fill state will deviate from both the first value and the second value. Preferably, this deviation is as large as possible in order to maximize the distance to be bridged by the rules during the control period. Accordingly, the default filling state is preferably set exactly between the first value and the second value, for example, 50%.
  • the invention further relates to an internal combustion engine, in particular for carrying out the method described above, with an exhaust gas purification device, wherein the exhaust gas purification device arranged by a flow of exhaust gas of the internal combustion engine catalyst and arranged upstream of the catalyst in the exhaust gas flow arranged first lambda probe and downstream of the catalyst in the exhaust gas flow second lambda probe has.
  • a broadband lambda probe is used as the first lambda probe and / or a jump lambda probe is used as the second lambda probe.
  • the jump lambda probe has only a relatively small lambda window, within which the lambda signal changes.
  • the lambda window of the jump lambda probe is in a range of approximately 0.98 to 1.02, within which the lambda signal provided by the lambda probe varies. Outside of this. Lambda waives, however, the lambda signal remains constant.
  • a lambda window can be covered which is several times larger than the lambda window of the jump lambda probe.
  • the lambda window of the broadband lambda probe lies in one Area bounded by a lower bound and an upper bound, where the lower bound is, for example, 0.8 to 0.9 and the upper bound is 1.1 to 1.2.
  • both lambda probes can be designed either as a broadband lambda probe or as a jump lambda probe.
  • the first lambda probe is particularly preferably designed as a broadband lambda probe and the second lambda probe is designed as a jump lambda probe.
  • a control unit of the internal combustion engine is designed to determine an oxygen filling state of an oxygen storage of the catalytic converter based on a first lambda sensor provided by the first lambda signal and an offset quantity, falls below a lower limit lambda signal by a second lambda sensor provided by the second lambda signal to a corresponding empty oxygen storage first Value and / or when a lambda signal upper limit is exceeded by the second lambda signal to set a second value corresponding to a full oxygen storage and immediately afterwards to regulate to a default charge state during at least one control period, wherein at the end of the control period the offset value is based on the second lambda signal.
  • Figure 1 is a schematic representation of a portion of an exhaust gas purification device with a catalyst and a first lambda probe and a second lambda probe, and
  • FIG. 2 shows three diagrams, wherein in a first diagram a course of a first lambda signal provided by the first lambda sensor, in a second diagram the profile of a second lambda signal provided by the second lambda sensor and in a third diagram an offset quantity, respectively over time, are plotted ,
  • FIG. 1 shows a region of an exhaust gas purification device 1, which is present as part of an internal combustion engine 2.
  • the exhaust gas purification device 1 is in the direction an arrow 3 flows through exhaust gas of the internal combustion engine 2.
  • the exhaust gas purification device 1 has at least one catalyst 4, which has an oxygen storage or the ability to store oxygen.
  • a first lambda probe 5, downstream of a second lambda probe 6, is provided.
  • the exhaust gas coming from the internal combustion engine 2 thus first flows over the first lambda probe 5, subsequently passes through the catalytic converter 4 and finally flows over the second lambda probe 6.
  • the aid of the first lambda probe 5 the residual oxygen content of the exhaust gas upstream of the catalytic converter 4 and with the aid of the second lambda probe can be determined 6 are determined after the catalyst 4.
  • an oxygen filling state of the oxygen storage of the catalytic converter 4 is now to be determined.
  • an offset quantity ⁇ is taken into account by means of which an offset or an offset error of the first lambda probe 5 is ideally completely compensated.
  • a second lambda signal provided by the second lambda probe 6 is used for determining the offset quantity ⁇ . If this falls below a lambda signal lower limit, the oxygen filling state is set to a first value corresponding to an empty oxygen storage. If, on the other hand, the second lambda signal exceeds a lambda signal upper limit, it is set to a second value which indicates a full oxygen storage.
  • the internal combustion engine is then operated such that the oxygen filling state determined on the basis of the first lambda signal is set or regulated over a regulating period to a default filling state, in particular directly after this resetting of the oxygen filling state.
  • the calculated oxygen filling state should correspond to the default filling state.
  • the second lambda signal still 'chiometrischen of a STOE ratio from, so it is concluded that the combination of the first signal and the lambda offset ⁇ size does not reflect the actually existing in the exhaust gas conditions.
  • the offset quantity ⁇ is adjusted based on the second lambda signal.
  • Both the lambda signal lower limit and the upper limit lambda signal are different from one, wherein the lambda signal lower limit is less than one and the upper limit lambda signal is greater than one.
  • FIG. 2 shows three diagrams, wherein in the uppermost diagram a curve 7 represents a first lambda value over time, the first lambda value being composed of the lambda signal provided by the first lambda probe 5 and the offset variable ⁇ .
  • the middle diagram shows a curve 8 of the second lambda probe 6 provided second lambda signal over time. While the first lambda value of the uppermost diagram is indicated without unit, the second lambda signal is present in the one-time volt, ie directly represents the output signal of the second lambda probe 6.
  • two curves 9 and 10 are shown, wherein the curve 9 represents the Offset size ⁇ over time and the course 10 represents a controlled variable over time. It should be noted that in particular the time scale shown, but also the other variables are purely exemplary and serve only to illustrate the method according to the invention.
  • a lambda signal lower limit A min or a corresponding voltage U max is defined, which is shown in the middle diagram.
  • the lambda signal lower limit is below a lambda setpoint value, ie, the voltage U max is above a corresponding setpoint voltage, which in the embodiment illustrated here is approximately 650 mV. If the second lambda signal now exceeds this nominal voltage, then an oxygen filling state is set to a value which corresponds to an empty oxygen reservoir. This is the case at the times ti, t 2 , t 3 and t 4 .
  • the mixture composition of a fuel-air mixture supplied to the internal combustion engine is adjusted such that the oxygen filling state determined in the following by means of a model is regulated to a default filling state which corresponds, for example, to 50% of the second value corresponding to the full oxygen storage.
  • the course of the corresponding controlled variable can be found in the course 10.
  • a lean mixture composition is established. This has an effect on the first lambda signal, which consequently rises sharply at the times mentioned above and likewise drops again in accordance with the course 10 of the controlled variable.
  • the rules will over a certain Regular period performed, for example, has a length of 5 seconds.
  • the time intervals of the times t 2 and t 3 therefore correspond to the duration At of the control period.
  • the offset quantity ⁇ is adjusted based on the second lambda signal.
  • the second lambda signal is checked as to whether it continues to display a composition of the exhaust gas deviating from a stoichiometric ratio. In particular, it is then checked whether the second lambda signal continues to fall below or exceed the lambda signal lower limit or the corresponding upper voltage limit U max .
  • the offset quantity ⁇ is adjusted according to the course 9, this being done for example by the addition of a difference value.
  • This difference value can be determined, for example, as a function of a lambda difference quantity, which is composed of the default charge state, an exhaust gas mass flow and the duration of the control period.
  • the first lambda value reproduced in the uppermost diagram by means of the profile 7, which is composed of the first lambda signal and the offset quantity ⁇ also shifts. It becomes clear that, after performing the above-described correction several times, the first lambda value is nearly 1 and is spaced from its output value by the offset quantity ⁇ .
  • the duration ⁇ of the control period is constant. Alternatively, however, it can be variably determined depending on an operating quantity of the internal combustion engine or the exhaust gas purification device.
  • the operating variable used is preferably the second lambda signal.
  • a lambda signal present at the beginning of the control period is recorded as the output value. It is now continuously determined a difference value of the current lambda signal from this output value.
  • the maximum value of the difference value during the control period is recorded in the form of a maximum difference value. At the beginning of the control period, therefore, the maximum difference value is preferably set to a small value, for example zero. If the currently present difference value is greater than the maximum difference value, the maximum difference value is set equal to the difference value, otherwise it remains unchanged.
  • the control period is ended and Offset size adjusted. If such a course of the difference value exists, then the offset was not completely compensated for by the offset size during the control period. Accordingly, it is preferable to repeat the described procedure for the further adaptation of the offset quantity to the offset of the first lambda signal.
  • the internal combustion engine adjusts accordingly to the offset error of the first lambda probe 5 and can subsequently be operated in such a way that its exhaust gas can be at least largely freed from the pollutants converted in the catalytic converter 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Abgasreinigungseinrichtung (1), wobei die Abgasreinigungseinrichtung (1) einen von einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine (2) durchströmbaren Katalysator (4) sowie eine stromaufwärts des Katalysators (4) in dem Abgasstrom angeordnete erste Lambdasonde (5) und eine stromabwärts des Katalysators (4) in dem Abgasstrom angeordnete zweite Lambdasonde (6) aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass ein Sauerstoffbefüllungszustand eines Sauerstoffspeichers des Katalysators (4) anhand eines von der ersten Lambdasonde (5) bereitgestellten ersten Lambdasignals sowie einer Offsetgröße (Δλ) bestimmt, bei Unterschreiten einer Lambdasignaluntergrenze durch ein von der zweiten Lambdasonde (6) bereitgestelltes zweites Lambdasignal auf einen einem leeren Sauerstoffspeicher entsprechenden ersten Wert und/oder bei Überschreiten einer Lambdasignalobergrenze durch das zweite Lambdasignal auf einen einem vollen Sauerstoffspeicher entsprechenden zweiten Wert gesetzt und unmittelbar anschließend während wenigstens eines Regelzeitraums auf einen Vorgabebefüllungszustand geregelt wird, wobei am Ende des Regelzeitraums die Offsetgröße (Δλ) anhand des zweiten Lambdasignals angepasst wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine (2).

Description

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie entsprechende Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungseinrichtung, wobei die Abgasreinigungseinrichtung einen von einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine durchströmbaren Katalysator sowie eine stromaufwärts des Katalysators in dem Abgasstrom angeordnete erste Lambdasonde und eine stromabwärts des Katalysators in dem Abgasstrom angeordnete zweite Lambdasonde aufweist, wobei als erste Lambdasonde (5) eine Breitbandlambdasonde und als zweite Lambdasonde (6) eine Sprunglambdasonde verwendet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine.
Das Verfahren dient dem Betreiben der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Abgasreinigungseinrichtung, welche der Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Mit Hilfe der Abgasreinigungseinrichtung wird von der Brennkraftmaschine ausgestoßenes, bei einer Verbrennung von Kraftstoff entstehendes Abgas wenigstens teilsweise von Schadstoffen gereinigt. Zu diesem Zweck weist die Abgasreinigungseinrichtung wenigstens einen Katalysator auf, der von dem Abgas der Brennkraftmaschine in Form des Abgasstroms durchströmbar ist. Der Abgasreinigungseinrichtung sind weiterhin zwei Lambdasonden zugeordnet, wobei die erste Lambdasonde stromaufwärts des Katalysators und die zweite Lambdasonde stromabwärts des Katalysators derart angeordnet ist, dass der Sauerstoffgehalt des Abgases an der jeweiligen Position stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts des Katalysators bestimmt werden kann. Zu diesem Zweck ragen sowohl die erste Lambdasonde als auch die zweite Lambdasonde in den Abgasstrom hinein. Die erste Lambdasonde stellt ein erstes Lambdasignal und die zweite Lambdasonde ein zweites Lambdasignal zur Verfügung, wobei aus ersterem ein erster Lambdawert und aus letzterem ein zweiter Lambdawert bestimmt werden kann.
Der Katalysator verfügt über einen Sauerstoffspeicher beziehungsweise arbeitet selbst als solcher. Das bedeutet, dass bei Vorliegen von magerem Abgas - also im Falle eines Sauerstoffüberschusses bei der Verbrennung mit λ größer Eins - Sauerstoff aus dem Abgas in den Sauerstoffspeicher übergeht und in diesem zwischengespeichert wird. Liegt dagegen fettes Abgas - resultierend aus der Verbrennung mit Kraftstoffüberschuss mit λ kleiner Eins - vor, so wird dem Sauerstoffspeicher zuvor gespeicherter Sauerstoff entnommen. Auf diese Weise wird zumindest über einen bestimmten Zeitraum sicherge- stellt, dass das zur Abgasreinigung notwendige stöchiometrische Verhältnis mit λ = 1 wenigstens näherungsweise bereitgestellt werden kann. Entsprechend kann die Güte des Katalysators beispielsweise anhand der Sauerstoffspeicherkapazität bestimmt werden. Bevorzugt wird die Sauerstoffspeicherkapazität periodisch bestimmt.
Insbesondere die vor dem Katalysator angeordnete erste Lambdasonde weist häufig lediglich eine geringe Genauigkeit auf. Beispielsweise weicht das von ihr bereitgestellte erste Lambdasignal um einen bestimmten Wert, den sogenannten Offset, von den tatsächlich an der Stelle der ersten Lambdasonde vorliegenden Verhältnissen in dem Abgas ab. Aufgrund dieses Fehlers kann es vorkommen, dass die Brennkraftmaschine auf eine Gemischzusammensetzung eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff- Luft-Gemischs eingestellt wird, welche von derjenigen abweicht, die zum Erzielen einer guten beziehungsweise besseren Konvertierungsleistung in dem Katalysator notwendig wäre. Entsprechend ist es das Ziel, den Fehler der ersten Lambdasonde beziehungsweise den Offset möglichst schnell auszugleichen. Dies kann beispielsweise mittels eines Reglers erfolgen, welcher das von der zweiten Lambdasonde bereitgestellte zweite Lambdasignal auf einen Lambdasollwert regelt. Diese Regelung kann jedoch' lediglich mit einer äußerst geringen Regelgeschwindigkeit durchgeführt werden, weil bei der Verwendung einer höheren Regelgeschwindigkeit Regelschwingungen auftreten, die wiederum ihrerseits zu einer schlechteren Konvertierungsleistung des Katalysators führen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftrna- schine vorzustellen, welches den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere stets eine hohe Konvertierungsleistung des Katalysators erzielt, wozu das unter Umständen fehlerbehaftete erste Lambdasignal der ersten Lambdasonde korrigiert wird.
Dies wird 'erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass ein Sauerstoffbefüllungszustand eines Sauerstoffspeichers des Katalysators anhand eines von der ersten Lambdasonde bereitgestellten ersten Lambdasignals sowie einer Offsetgröße bestimmt, bei Unterschreiten einer Lamb- dasignaluntergrenze durch ein von der zweiten Lambdasonde bereitgestelltes zweites Lambdasignal auf einen einem leeren Sauerstoffspeicher entsprechenden ersten Wert und/oder bei Überschreiten einer Lambdasignalobergrenze durch das zweite Lambdasignal auf einen einem vollen Sauerstoffspeicher entsprechenden zweiten Wert gesetzt und unmittelbar anschließend während wenigstens eines Regelzeitraums auf einen Vorgabebefüllungszustand geregelt wird, wobei am Ende des Regelzeitraums die Offsetgröße anhand des zweiten Lambdasignals angepasst wird. Der Sauerstoffbefüllungs- zustand des Sauerstoffspeichers wird beispielsweise mittels eines Modells ermittelt. Dabei wird bevorzugt ausgehend von einem Ausgangswert eine Integration eines Sauerstoffeintrags in den Katalysator beziehungsweise eines Sauerstoffaustrags aus dem Katalysator vorgenommen.
Entsprechend hängt die Genauigkeit des Sauerstoffbefüllungszustands stark von der Genauigkeit des ersten Lambdasignals ab. Weil dieses, wie eingangs beschrieben, häufig mit einem Offset beaufschlagt ist, wird das erste Lambdasignal mit der Offsetgröße korrigiert. In den Sauerstoffbefüllungszustand fließt mithin eine Größe ein, welche aus dem ersten Lambdasignal sowie der Offsetgröße bestimmt ist, beispielsweise durch Addition. Durch das integrale Bestimmen des Sauerstoffbefüllungszustands integriert sich auch die Abweichung des ersten Lambdasignals von den tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Verhältnissen, sodass der Fehler des Sauerstoffbefüllungszustands über die Zeit anwächst. Dies wird wenigstens teilweise durch die Verwendung der Offsetgröße verhindert, weil diese - nach entsprechender Festlegung - das erste Lambdasignal in Richtung der tatsächlich vorliegenden Verhältnisse korrigiert.
Entsprechend ist es jedoch notwendig, die Offsetgröße zu bestimmen, um eine zuverlässige und genaue Korrektur des ersten Lambdasignals vornehmen zu können. Bei diesem Bestimmen wird der Effekt ausgenutzt, dass für den Fall, dass das erste Lambdasignal den Offset aufweist und entsprechend zum Erreichen eines gewünschten Sauerstoffbefüllungszustands eine Gemischzusammensetzung an der Brennkraftmaschine eingestellt, welche von dem stöchiometrischen Verhältnis bei λ = 1 abweicht, die zweite Lambdasonde zumindest nach einer bestimmten Zeitspanne entweder Luftmangel oder Luftüberschuss in dem Abgas anzeigt. Mithin erlaubt das zweite Lambdasignal einen genaueren Schluss hinsichtlich des Befüllungszustands des Sauerstoffspeichers des Katalysators als das mit dem Offset behaftete erste Lambdasignal.
Unterschreitet nun das zweite Lambdasignal die Lambdasignaluntergrenze, so wird der Sauerstoffbefüllungszustand auf den ersten Wert gesetzt, welcher dem leeren Sauerstoffspeicher entspricht. Überschreitet dagegen das zweite Lambdasignal die Lambda- signalobergrenze, so wird der Sauerstoffbefüllungszustand auf den zweiten Wert gesetzt. Dieser entspricht dem vollen Sauerstoffspeicher. Die Lambdasignaluntergrenze und die Lambdasignalobergrenze werden üblicherweise verschieden gewählt und sind beispielsweise konstant. Selbstverständlich können sie jedoch in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine gewählt werden. Der Sauerstoffbefüllungszustand des Sauerstoffspeichers wird also auf einen definierten Wert zurückgesetzt, welcher mittels des zweiten Lambdasignals sicher festgestellt wurde. Unterschrei- tet nämlich das zweite Lambdasignal die Lambdasignaluntergrenze, so kann davon ausgegangen werden, dass der Sauerstoffspeicher tatsächlich leer ist. Entsprechend kann analog bei Überschreiten der Lambdasignalobergrenze von einem vollen Sauerstoffspeicher ausgegangen werden. Der Zeitpunkt, zu dem ein solches Zurücksetzen des Sauerstoffbefüllungszustands erfolgt, wird zwischengespeichert, beispielsweise von einem Steuergerät, mittels welchem das Verfahren durchgeführt wird.
Nach diesem Zurücksetzen des Sauerstoffbefüllungszustands wird die an der Brennkraftmaschine eingestellte Gemischzusammensetzung derart gesteuert und/oder geregelt, dass sich über den Regelzeitraum hinweg der Vorgabebefüllungszustand an dem Sauerstoffspeicher einstellt, wobei der beispielsweise mit Hilfe des Modells ermittelte Sauerstoffbefüllungszustand mit dem Vorgabebefüllungszustand übereinstimmt. Bevorzugt liegt der Vorgabebefüllungszustand zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert, beispielsweise genau mittig zwischen diesen beiden Werten, insbesondere also bei einem Sauerstoffbefüllungszustand von 50%. Das Regeln erfolgt üblicherweise anhand des ersten Lambdasignals, welches die in dem Abgas vorliegenden Verhältnisse stromaufwärts des Katalysators wiedergibt. Während des Regelzeitraums wird also die Bilanzierung des Sauerstoffbefüllungszustands gemäß den vorstehenden Ausführungen weiterhin vorgenommen, allerdings ausgehend von dem zu Beginn des Regelzeitraums festgelegten Sauerstoffbefüllungszustand, nämlich entweder dem ersten Wert oder dem zweiten Wert. Es soll darauf hingewiesen werden, dass der auf diese Art und Weise bestimmte Sauerstoffbefüllungszustand nicht notwendigerweise mit dem tatsächlich in dem Sauerstoffspeicher vorliegenden Sauerstoffbefüllungszustand übereinstimmt.
Am Ende des Regelzeitraums wird nun die Offsetgröße anhand des zweiten Lambdasignals angepasst. Gibt die aus dem ersten Lambdasignal und der Offsetgröße bestimmte Größe die in dem Abgas vor dem Katalysator vorliegenden Verhältnisse im Wesentlichen genau wieder, so liegt am Ende des Regelzeitraums ein tatsächlicher Sauerstoffbefüllungszustand vor, welcher dem Vorgabebefüllungszustand entspricht. Das bedeutet, dass in dem Sauerstoffspeicher eine bestimmte Menge Sauerstoff gespeichert ist. Entsprechend wird das zweite Lambdasignal, im Wesentlichen unabhängig von dem ersten Lambdasignal, ein stöchiometrisches Verhältnis in dem Abgas stromabwärts des Katalysators anzeigen. Ist dies der Fall, so ist keine Korrektur der Offsetgröße notwendig, es erfolgt also allenfalls eine Anpassung der Offsetgröße, bei welcher diese nicht oder lediglich geringfügig verändert wird.
Zeigt dagegen das zweite Lambdasignal einen Sauerstoffmangel oder einen Sauerstoff- überschuss, so entspricht zwar der rechnerisch bestimmte Sauerstoffbefüllungszustand dem Vorgabebefüllungszustand, der Sauerstoffspeicher ist jedoch tatsächlich entweder vollständig gefüllt oder vollständig geleert. Entsprechend kann darauf geschlossen werden, dass die Kombination aus dem ersten Lambdasignal und der Offsetgröße die tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Verhältnisse nicht wiedergibt. Die Offsetgröße wird somit mit einem Wert korrigiert, welcher davon abhängt, ob das zweite Lambdasignal größer als Eins oder kleiner als Eins ist. Bevorzugt erfolgt das Anpassen lediglich dann, wenn das zweite Lambdasignal die Lambdasignaluntergrenze unterschreitet oder die Lambdasignalobergrenze überschreitet, insbesondere diese weiterhin unterschreitet beziehungsweise überschreitet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Anpassen der Offsetgröße diese um einen Differenzwert inkrementiert wird, wenn das zweite Lambdasignal am Ende des Regelzeitraums einer mageren Gemischzusammensetzung entspricht, und/oder um den Differenzwert dekrementiert wird, wenn das zweite Lambdasignal am Ende des Regelzeitraums einer fetten Gemischzusammensetzung entspricht. Wird mit Hilfe der zweiten Lambdasonde also ein Luftüberschuss festgestellt, so wird die Offsetgröße um den Differenzwert vergrößert. Bei Vorliegen eines Sauerstoffmangels stromabwärts des Katalysators wird sie dagegen um den Differenzwert verkleinert. Der Differenzwert kann dabei konstant sein oder in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße oder einer Zustandsgröße der Brennkraftmaschine variabel festgelegt sein.
Die Lambdadifferenzgröße gibt zumindest näherungsweise die Differenz zwischen der Kombination aus dem ersten Lambdasignal und der Offsetgröße zu den tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Verhältnissen an. Beispielsweise stellt eine Lambdadifferenzgröße, die aus dem Vorgabebefüllungszustand, einem Abgasmassenstrom und der Dauer des Regelzeitraums bestimmt wird, eine Mindestabweichung dar. Der Vorgabebefüllungszustand ist derjenige Zustand, auf welchen der Sauerstoffspeicher des Katalysators innerhalb des Regelzeitraums eingestellt beziehungsweise geregelt werden soll. Er gibt mithin die Menge des Sauerstoffs an, welche nach dem Regelzeitraum in dem Sauerstoffspeicher zwischengespeichert sein soll.
Der Abgasmassenstrom beschreibt die Menge, insbesondere die Masse, des Abgases pro Zeiteinheit, welche durch den Katalysator hindurchströmt. Aus dem Abgasmassenstrom und der Dauer des Regelzeitraums kann also die Masse des Abgases bestimmt werden, welche innerhalb des Regelzeitraums den Katalysator durchströmt. Die Masse des in dem Sauerstoffspeicher zumindest theoretisch gespeicherten Sauerstoffs ergibt sich aus der Beziehung m02 = (A - \)- m - At , wobei λ einem Lambdawert, m dem Abgasmassenstrom und At der Dauer des Regelzeitraums entspricht. Die Lambdadifferenzgröße Δλ kann nun beispielsweise aus der Beziehung m - At
ermittelt werden, wobei die verwendeten Größen den vorstehend definierten entsprechen. Als Grundlage für die Ermittlung wird die Sauerstoffmassendifferenz Äm02 herangezogen, die die Masse des Sauerstoffs beschreibt, die während des Regelzeitraums in den Sauerstoffspeicher eingetragen beziehungsweise aus ihm ausgetragen werden soll. Sie entspricht also vorzugweise dem Vorgabebefüllungszustand oder wird zumindest aus diesem bestimmt.
Bei Betrachtung der Beziehung wird deutlich, dass die Lambdadifferenzgröße minus Eins, also Δλ - 1 , reziprok sowohl zu dem Abgasmassenstrom als auch zu der Dauer des Regelzeitraums ist, während sie proportional zu der Sauerstoffmassendifferenz ist. Letztere wird beispielsweise lediglich in Abhängigkeit von dem verwendeten Katalysator beziehungsweise der Sauerstoffspeicherkapazität des Sauerstoffspeichers gewählt, ist also vorzugsweise für aufeinanderfolgende Regelzeiträume konstant. Ist auch die Dauer des Regelzeitraums konstant, so hängt die Größe Δλ - 1 also im Wesentlichen von dem Abgasmassenstrom ab.
Die Lambdadifferenzgröße kann beispielsweise am Ende des Regelzeitraums aus einem zeitlichen Mittel des Abgasmassenstroms über dem Regelzeitraum bestimmt werden. Alternativ kann selbstverständlich auch eine hinsichtlich des Abgasmassenstroms zeitlich aufgelöste Bestimmung der Lambdadifferenzgröße durch Integrieren beziehungsweise Aufaddieren zu bestimmten Zeitpunkten während des Regelzeitraums vorgesehen sein. Auf diese Weise kann die Genauigkeit der Bestimmung der Lambdadifferenzgröße nochmals verbessert werden.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Differenzwert konstant ist oder in Abhängigkeit von der Lambdadifferenzgröße und/oder in Abhängigkeit von einem Gradient des zweiten Lambdasignals in dem Regelzeitraum bestimmt wird. Der Differenzwert, mittels welchem die Offsetgröße angepasst wird, kann also konstant gewählt werden. Beispielsweise wird er in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des zweiten Lambdasignals am Ende des Regelzeitraums zu der bisherigen Offsetgröße hinzuaddiert oder von dieser abgezogen. Mit einem konstanten Differenzwert ist jedoch keine Adaption, beispielsweise in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der aus zweitem Lambdasig- nal und Offsetgröße bestimmten Größe zu den tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Verhältnissen, möglich. Daher wird der Differenzwert bevorzugt variabel in Abhängigkeit von wenigstens einer Größe bestimmt.
Eine derartige Größe ist zum Beispiel die Lambdadifferenzgröße, der der Differenzwert entsprechen kann. Zusätzlich oder alternativ hängt der Differenzwert von dem Gradient des zweiten Lambdasignals ab. Wenn die tatsächlich in dem Abgas stromabwärts des Katalysators vorliegenden Verhältnisse noch weit von einem stöchiometrischen Verhältnis entfernt sind, folgt aus dem Regeln auf den Vorgabebefüllungszustand während des Regelzeitraums ein großer Gradient des zweiten Lambdasignals. Dies ist damit zu begründen, dass der Sauerstoffspeicher in einem deutlich von dem stöchiometrischen Verhältnis abweichenden Bereich allenfalls eine geringe Wirkung aufweist. Befinden sich die tatsächlichen Verhältnisse allerdings schon in der Nähe des stöchiometrischen Verhältnisses, ist λ also bereits näherungsweise gleich Eins, so ist der Effekt des Sauerstoffspeichers deutlich größer. Somit reagiert das zweite Lambdasignal mit einem kleineren Gradienten auf die Veränderung der Gemischzusammensetzung zum Regeln auf den Vorgabebefüllungszustand. Beispielsweise wird ein während des Regelzeitraums vorliegender Maximalwert des Gradienten zum Bestimmen des Differenzwerts herangezogen. Alternativ kann selbstverständlich auch ein zeitlicher Mittelwert des Gradienten über den Regelzeitraum hinweg Verwendung finden.
Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass der Differenzwert mittels eines Reglers bestimmt wird, der wenigstens ein Proportionalglied, ein Integralglied und/oder ein Differentialglied aufweist. Diese Art der Bestimmung des Differenzwerts findet insbesondere Anwendung, wenn der Differenzwert variabel ist, also beispielsweise von der Lambdadifferenzgröße und/oder dem Gradient des zweiten Lambdasignals abhängt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Dauer des Regelzeitraums konstant ist oder in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, insbesondere dem ersten Lambdasignal und/oder dem zweiten Lambdasignal, gewählt wird. Die Dauer des Regelzeitraums ist - wenn er konstant gewählt ist - stets größer als Null und beträgt beispielsweise mindestens 1s, mindestens 2s, mindestens 3s, mindestens 4s oder mindestens 5s. Alternativ kann auch eine variable Wahl der Dauer vorgesehen sein, beispielsweise in Abhängigkeit von der Betriebsgröße. Als solche wird dabei vorzugweise zumindest eines der beiden Lambdasignale verwendet, insbesondere das zweite Lambdasignal der stromabwärts des Katalysators an- geordneten zweiten Lambdasonde. Beispielsweise wird zu Beginn des Regelzeitraums ein Ausgangswert des Lambdasignals gemerkt, der Ausgangswert also gleich dem zu diesem Zeitpunkt vorliegenden Lambdasignal gesetzt. Während des Regelzeitraums wird kontinuierlich oder in Intervallen ein Differenzwert des aktuellen Lambdasignals" von dem Ausgangswert bestimmt. Der Maximalwert des Differenzwerts während des Regelzeitraums wird in Form eines Maximaldifferenzwerts festgehalten; also je nachdem ob der Sauerstoffbefüllungszustand auf den ersten oder den zweiten Wert gesetzt wird ein Minimalwert oder ein Maximalwert des Lambdasignals.
Stimmt das mit der Offsetgröße korrigierte Lambdasignal mit den tatsächlichen Verhältnissen nicht überein, so sich wird das Lambdasignal nach Überschreiten der Maximaldifferenz wieder in Richtung des Ausgangswerts verändern. Unterschreitet der (momentanen) Differenzwert den Maximaldifferenzwert oder überschreitet eine Differenz zwischen dem (momentanen) Differenzwert und dem Maximaldifferenzwert einen bestimmten Schwellenwert, der von Null verschieden ist, so wird der Regelzeitraum beendet und die Offsetgröße wie beschrieben angepasst. Weil aufgrund des Verlaufs des Differenzwerts darauf geschlossen werden kann, dass der Offset mittels der Offsetgröße nicht vollständig kompensiert wurde, wird bevorzugt sogleich das Vorgehen wiederholt, also der Sauerstoffbefüllungszustand auf den ersten Wert oder den zweiten Wert gesetzt sowie während eines weiteren Regelzeitraums erneut auf den Vorgabebefüllungszustand geregelt und am Ende des weiteren Regelzeitraums die Offsetgröße (falls notwendig) korrigiert.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Sauerstoffbefüllungszustand mittels eines Modells, insbesondere integral, aus dem ersten Lambdasignal bestimmt wird. Auf eine derartige Vorgehensweise wurde bereits vorstehend eingegangen. Bevorzugt wird also der Sauerstoffbefüllungszustand allein aufgrund des ersten Lambdasignals bestimmt, sodass das zweite Lambdasignal keine Berücksichtigung findet. Dies reicht aus, um eine Bilanzierung des Sauerstoffeintrags in den Sauerstoffspeicher und des Sauerstoffaus- trags aus dem Sauerstoffspeicher aufzustellen. Es kann jedoch ebenso vorgesehen sein, neben dem ersten Lambdasignal auch das zweite Lambdasignal zum Bestimmen des Sauerstoffbefüllungszustands heranzuziehen. Auf diese Art und Weise kann die Genauigkeit nochmals vergrößert werden, weil auch die Menge des den Katalysator verlassenden Sauerstoffs genauer bestimmt werden kann. Ist die zweite Lambdasonde als Sprunglambdasonde ausgebildet, so kann zu diesem Zweck beispielsweise eine Linearisierung des zweiten Lambdasignals durchgeführt werden. Die Ermittlung des Sauerstoffbefüllungszustands erfolgt besonders bevorzugt integral, also ausgehend von einem festgelegten Wert, beispielsweise dem ersten Wert oder dem zweiten Wert, der zum Zurücksetzen des Sauerstoffbefüllungszustands unter den genannten Bedingungen verwendet wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Setzen des Sauerstoffbefüllungszustands auf den ersten Wert oder den zweiten Wert sowie das anschließende Regeln auf den Vorgabebefüllungszustand mehrfach durchgeführt wird. Auf diese Art und Weise kann die Offsetgröße schrittweise korrigiert werden, sodass nach dem mehrfachen Durchführen der genannten Schritte die Kombination aus dem ersten Lambdasignal und der Offsetgröße genau oder zumindest nahezu mit den tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Verhältnissen übereinstimmt.
Schließlich kann vorgesehen sein, dass der Vorgabebefüllungszustand auf einen zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert liegenden Wert gesetzt wird. Zumindest ist vorgesehen, dass der Vorgabebefüllungszustand sowohl von dem ersten Wert als auch dem zweiten Wert abweicht. Bevorzugt ist diese Abweichung möglichst groß, um den durch das Regeln während des Regelzeitraums zu überbrückenden Abstand möglichst groß zu gestalten. Entsprechend wird der Vorgabebefüllungszustand bevorzugt genau zwischen den ersten Wert und den zweiten Wert gesetzt, beispielsweise also auf 50%.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, mit einer Abgasreinigungseinrichtung, wobei die Abgasreinigungseinrichtung einen von einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine durchströmbaren Katalysator sowie eine stromaufwärts des Katalysators in dem Abgasstrom angeordnete erste Lambdasonde und eine stromabwärts des Katalysators in dem Abgasstrom angeordnete zweite Lambdasonde aufweist.
Dabei ist vorgesehen, dass als erste Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde und/oder als zweite Lambdasonde eine Sprunglambdasonde verwendet wird. Die Sprunglambdasonde hat im Vergleich zu der Breitbandlambdasonde lediglich ein relativ kleines Lambdafenster, innerhalb welchem sich das Lambdasignal verändert. Beispielsweise liegt das Lambdafenster der Sprunglambdasonde in einem Bereich von ungefähr 0,98 bis 1 ,02, innerhalb welchem sich das von der Lambdasonde gelieferte Lambdasignal verändert. Außerhalb dieses. Lambdafensters bleibt das Lambdasignal dagegen konstant. Mit Hilfe der Breitbandlambdasonde kann dagegen ein Lambdafenster abgedeckt werden, welches um ein Mehrfaches größer ist als das Lambdafenster der Sprunglambdasonde. Beispielsweise liegt das Lambdafenster der Breitbandlambdasonde in einem Bereich, welcher von einer unteren Schranke und einer oberen Schranke begrenzt wird, wobei die untere Schranke beispielsweise bei 0,8 bis 0,9 und die obere Schranke bei 1 ,1 bis 1 ,2 liegt. Selbstverständlich können beide Lambdasonden entweder als Breitbandlambdasonde oder als Sprunglambdasonde ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist jedoch die erste Lambdasonde als Breitbandlambdasonde und die zweite Lambdasonde als Sprunglambdasonde ausgebildet.
Dabei ist ein Steuergerät der Brennkraftmaschine dazu ausgebildet, einen Sauerstoffbefüllungszustand eines Sauerstoffspeichers des Katalysators anhand eines von der ersten Lambdasonde bereitgestellten ersten Lambdasignals sowie einer Offsetgröße zu bestimmen, bei Unterschreiten einer Lambdasignaluntergrenze durch ein von der zweiten Lambdasonde bereitgestelltes zweites Lambdasignal auf einen einem leeren Sauerstoffspeicher entsprechenden ersten Wert und/oder bei Überschreiten einer Lamb- dasignalobergrenze durch das zweite Lambdasignal auf einen einem vollen Sauerstoffspeicher entsprechenden zweiten Wert zu setzen und unmittelbar anschließend während wenigstens eines Regelzeitraums auf einen Vorgabebefüllungszustand zu regeln, wobei am Ende des Regelzeitraums die Offsetgröße anhand des zweiten Lambdasignals an- gepasst wird. Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits vorstehend eingegangen. Die Brennkraftmaschine sowie das zu deren Betreiben verwendete 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:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Abgasreinigungseinrichtung mit einem Katalysator sowie einer ersten Lambdasonde und einer zweiten Lambdasonde, und
Figur 2 drei Diagramme, wobei in einem ersten Diagramm ein Verlauf eines von der ersten Lambdasonde bereitgestellten ersten Lambdasignals, in einem zweiten Diagramm der Verlauf eines von der zweiten Lambdasonde bereitgestellten zweiten Lambdasignals und in einem dritten Diagramm eine Offsetgröße, jeweils über der Zeit, aufgetragen sind.
Die Figur 1 zeigt einen Bereich einer Abgasreinigungseinrichtung 1 , die als Bestandteil einer Brennkraftmaschine 2 vorliegt. Die Abgasreinigungseinrichtung 1 wird in Richtung eines Pfeils 3 von Abgas der Brennkraftmaschine 2 durchströmt. Die Abgasreinigungseinrichtung 1 weist wenigstens einen Katalysator 4 auf, der über einen Sauerstoffspeicher beziehungsweise die Fähigkeit zur Sauerstoffspeicherung verfügt. Bezüglich des Abgases stromaufwärts des Katalysators 4 ist eine erste Lambdasonde 5, stromabwärts eine zweite Lambdasonde 6 vorgesehen. Das von der Brennkraftmaschine 2 kommende Abgas überströmt also zunächst die erste Lambdasonde 5, durchläuft nachfolgend den Katalysator 4 und überströmt schließlich die zweite Lambdasonde 6. Mit Hilfe der ersten Lambdasonde 5 kann mithin der Restsauerstoffgehalt des Abgases vor dem Katalysator 4 und mit Hilfe der zweiten Lambdasonde 6 nach dem Katalysator 4 bestimmt werden.
Anhand eines von der ersten Lambdasonde 5 bereitgestellten ersten Lambdasignals soll nun ein Sauerstoffbefüllungszustand des Sauerstoffspeichers des Katalysators 4 bestimmt werden. Zusätzlich wird dabei eine Offsetgröße Δλ berücksichtigt, mittels welcher ein Offset beziehungsweise ein Offsetfehler der ersten Lambdasonde 5 im Idealfall vollständig ausgeglichen wird. Zum Bestimmen der Offsetgröße Δλ wird insbesondere ein von zweiten Lambdasonde 6 bereitgestelltes zweites Lambdasignal herangezogen. Unterschreitet dieses eine Lambdasignaluntergrenze, so wird der Sauerstoffbefüllungszustand auf einen ersten Wert gesetzt, der einem leeren Sauerstoffspeicher entspricht. Überschreitet dagegen das zweite Lambdasignal eine Lambdasignalobergrenze, so wird er auf einen zweiten Wert gesetzt, der einen vollen Sauerstoffspeicher anzeigt.
Anschließend, insbesondere unmittelbar anschließend, an dieses Zurücksetzen des Sauerstoffbefüllungszustands, wird die Brennkraftmaschine derart betrieben, dass der anhand des ersten Lambdasignals bestimmte Sauerstoffbefüllungszustand über einen Regelzeitraum hinweg auf einen Vorgabebefüllungszustand eingestellt beziehungsweise geregelt wird. Spätestens zum Ende des Regelzeitraums soll also der rechnerisch bestimmte Sauerstoffbefüllungszustand mit dem Vorgabebefüllungszustand übereinstimmen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass der tatsächlich vorliegende Sauerstoffbefüllungszustand ebenfalls gleich dem Vorgabebefüllungszustand ist. Weicht am Ende des Regelzeitraums das zweite Lambdasignal weiterhin von einem stö'chiometrischen Verhältnis ab, so wird darauf geschlossen, dass die Kombination aus dem ersten Lambdasignal und der Offsetgröße Δλ die tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Verhältnisse nicht wiedergibt. Entsprechend wird die Offsetgröße Δλ anhand des zweiten Lambdasignals angepasst. Die beschriebenen Schritte werden vorzugsweise mehrfach wiederholt, bis das zweite Lambdasignal am Ende des Regelzeitraums einen gewünschten Wert, insbesondere λ = 1 , erreicht hat oder zumindest in einem bestimmten Bereich um diesen Wert herum liegt, also beispielsweise weder die Lambdasignaluntergrenze unterschreitet noch die Lambdasignalobergrenze überschreitet. Sowohl die Lambdasignaluntergrenze als auch die Lambdasignalobergrenze sind von Eins verschieden, wobei die Lambdasignaluntergrenze kleiner als Eins und die Lambdasignalobergrenze größer als Eins ist.
Die Figur 2 zeigt drei Diagramme, wobei in dem obersten Diagramm ein Verlauf 7 einen ersten Lambdawert über der Zeit darstellt, wobei sich der erste Lambdawert aus dem von der ersten Lambdasonde 5 bereitgestellten Lambdasignal sowie der Offsetgröße Δλ zusammensetzt. Das mittlere Diagramm zeigt einen Verlauf 8 des von der zweiten Lambdasonde 6 bereitgestellten zweiten Lambdasignals über der Zeit. Während der erste Lambdawert des obersten Diagramms ohne Einheit angegeben ist, liegt das zweite Lambdasignal in der Einzeit Volt vor, stellt also direkt das Ausgangssignal der zweiten Lambdasonde 6 dar. In dem untersten Diagramm sind zwei Verläufe 9 und 10 dargestellt, wobei der Verlauf 9 die Offsetgröße Δλ über der Zeit und der Verlauf 10 eine Regelgröße über der Zeit wiedergibt. Dabei ist zu beachten, dass insbesondere die dargestellte Zeitskala, jedoch auch die weiteren Größen rein beispielhaft sind und lediglich zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens dienen.
Für das zweite Lambdasignal ist eine Lambdasignaluntergrenze Ämin beziehungsweise eine entsprechende Spannung Umax festgelegt, welche in dem mittleren Diagramm dargestellt ist. Die Lambdasignaluntergrenze liegt unter einem Lambdasollwert, die Spannung Umax also über einer entsprechenden Sollspannung, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel bei etwa 650 mV liegt. Überschreitet nun das zweite Lambdasignal diese Sollspannung, so wird ein Sauerstoffbefüllungszustand auf einen Wert gesetzt, welcher einem leeren Sauerstoffspeicher entspricht. Dies ist zu den Zeitpunkten ti, t2, t3 und t4 der Fall. Anschließend wird die Gemischzusammensetzung eines der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs derart eingestellt, dass der im Nachfolgenden rechnerisch mittels eines Modells bestimmte Sauerstoffbefüllungszustand auf einen Vorgabebefüllungszustand geregelt wird, welcher beispielsweise 50% des zweiten Werts entspricht, welcher dem vollen Sauerstoffspeicher entspricht. Der Verlauf der entsprechenden Regelgröße ist dem Verlauf 10 zu entnehmen.
Weil die Regelung darauf gerichtet ist, den Sauerstoffbefüllungszustand in Richtung des Vorgabebefüllungszustands zu verändern, also in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel dem leeren Sauerstoffspeicher Sauerstoff zuzuführen, wird eine magere Gemischzusammensetzung eingestellt. Dies wirkt sich auf das erste Lambdasignal aus, welches mithin zu den genannten Zeitpunkten stark ansteigt und entsprechend des Verlaufs 10 der Regelgröße ebenso wieder abfällt. Das Regeln wird über einen bestimmten Regelzeitraum durchgeführt, welcher beispielsweise eine Länge von 5 Sekunden aufweist. Die zeitlichen Abstände der Zeitpunkte t2 und t3 entsprechen mithin der Dauer At des Regelzeitraums. Am Ende des jeweiligen Regelzeitraums wird die Offsetgröße Δλ anhand des zweiten Lambdasignals angepasst. Das bedeutet, dass das zweite Lambda- signal daraufhin überprüft wird, ob es weiterhin eine von einem stöchiometrischen Verhältnis abweichende Zusammensetzung des Abgases anzeigt. Insbesondere wird daraufhin überprüft, ob das zweite Lambdasignal weiterhin die Lambdasignaluntergrenze beziehungsweise die entsprechende Spannungsobergrenze Umax unterschreitet beziehungsweise überschreitet.
Ist dies der Fall, so wird die Offsetgröße Δλ gemäß dem Verlauf 9 angepasst, wobei dies beispielsweise durch die Addition eines Differenzwerts erfolgt. Dieser Differenzwert kann beispielsweise in Abhängigkeit von einer Lambdadifferenzgröße bestimmt werden, welche sich aus dem Vorgabebefüllungszustand, einem Abgasmassenstrom und der Dauer des Regelzeitraums zusammensetzt. Analog zu dem Verlauf 9 der Offsetgröße Δλ verschiebt sich auch der in dem obersten Diagramm mittels des Verlaufs 7 wiedergegebene erste Lambdawert, der sich aus dem ersten Lambdasignal und der Offsetgröße Δλ zusammensetzt. Es wird deutlich, dass nach mehrmaligem Durchführen der vorstehend beschriebenen Korrektur der erste Lambdawert nahezu 1 beträgt und von seinem Ausgangswert um die Offsetgröße Δλ beabstandet ist.
In dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Dauer Δί des Regelzeitraums konstant. Alternativ kann sie jedoch in Abhängigkeit von einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Abgasreinigungseinrichtung variabel bestimmt werden. Als Betriebsgröße wird vorzugsweise das zweite Lambdasignal herangezogen. Insbesondere ist es vorgesehen, dass ein zu Beginn des Regelzeitraums vorliegendes Lambdasignal als Ausgangswert festgehalten wird. Es wird nun fortlaufend ein Differenzwert des aktuellen Lambdasignals von diesem Ausgangswert bestimmt. Der Maximalwert des Differenzwerts während des Regelzeitraums wird in Form eines Maximaldifferenzwerts festgehalten. Zu Beginn des Regelzeitraums wird also der Maximaldifferenzwert vorzugsweise auf einen kleinen Wert, beispielsweise Null, gesetzt. Ist der momentan vorliegende Differenzwert größer als der Maximaldifferenzwert, so wird der Maximaldifferenzwert gleich dem Differenzwert gesetzt, ansonsten bleibt er unverändert.
Unterschreitet der Differenzwert den Maximaldifferenzwert oder wird ein bestimmter, von Null verschiedener Schwellenwert durch eine Differenz zwischen dem Differenzwert und dem Maximaldifferenzwert überschritten, so wird der Regelzeitraum beendet und die Offsetgröße angepasst. Liegt ein solcher Verlauf des Differenzwerts vor, so wurde während des Regelzeitraums der Offset von der Offsetgröße nicht vollständig ausgeglichen. Entsprechend wird bevorzugt das beschriebene Vorgesehen zur weiteren Anpassung der Offsetgröße an den Offset des ersten Lambdasignals wiederholt.
Mit dem beschriebenen Verfahren lässt sich ohne das Risiko von Reglerschwingungen ein Fehler der ersten Lambdasonde schnell und genau bestimmen und beseitigen. Die Brennkraftmaschine stellt sich mithin auf den Offsetfehler der ersten Lambdasonde 5 ein und kann nachfolgend derart betrieben werden, dass ihr Abgas zumindest weitestgehend von den in dem Katalysator 4 umgesetzten Schadstoffen befreit werden kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
Abgasreinigungseinrichtung
Brennkraftmaschine
Pfeil
Katalysator
1. Lambdasonde
2. Lambdasonde
Verlauf
Verlauf
Verlauf
Verlauf

Claims

P AT E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (2) mit einer Abgasreinigungseinrichtung (1), wobei die Abgasreinigungseinrichtung (1) einen von einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine (2) durchströmbaren Katalysator (4) sowie eine stromaufwärts des Katalysators (4) in dem Abgasstrom angeordnete erste Lamb- dasonde (5) und eine stromabwärts des Katalysators (4) in dem Abgasstrom angeordnete zweite Lambdasonde (6) aufweist, wobei als erste Lambdasonde (5) eine Breitbandlambdasonde und als zweite Lambdasonde (6) eine Sprunglambdasonde verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sauerstoffbefüllungszustand eines Sauerstoffspeichers des Katalysators (4) anhand eines von der ersten Lambdasonde (5) bereitgestellten ersten Lambdasignals sowie einer Offsetgröße (Δλ) bestimmt, bei Unterschreiten einer Lambdasignaluntergrenze durch ein von der zweiten Lambdasonde (6) bereitgestelltes zweites Lambdasignal auf einen einem leeren Sauerstoffspeicher entsprechenden ersten Wert und/oder bei Überschreiten einer Lambdasignalobergrenze durch das zweite Lambdasignal auf einen einem vollen Sauerstoffspeicher entsprechenden zweiten Wert gesetzt und unmittelbar anschließend während wenigstens eines Regelzeitraums auf einen Vorgabebefüllungszustand geregelt wird, wobei am Ende des Regelzeitraums die Offsetgröße (Δλ) anhand des zweiten Lambdasignals angepasst wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zum Anpassen der Offsetgröße (Δλ) diese um einen Differenzwert inkrementiert wird, wenn das zweite Lambdasignal am Ende des Regelzeitraums einer mageren Gemischzusammensetzung entspricht, und/oder um den Differenzwert dekrementiert wird, wenn das zweite Lambdasignal am Ende des Regelzeitraums einer fetten Gemischzusammensetzung entspricht.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzwert konstant ist oder in Abhängigkeit von einer Lambdadiffe- renzgröße, die aus dem Vorgabebefüllungszustand, einem Abgasmassenstrom und der Dauer des Regelzeitraums bestimmt wird, und/oder in Abhängigkeit von einem Gradient des zweiten Lambdasignals in dem Regelzeitraum bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des Regelzeitraums konstant ist oder in Abhängigkeit von wenigstens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine, insbesondere dem ersten Lambdasignal und/oder dem zweiten Lambdasignal, gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffbefüllungszustand mittels eines Modells, insbesondere integral, aus dem ersten Lambdasignal bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Setzen des Sauerstoffbefüllungszustands auf den ersten Wert oder den zweiten Wert sowie das anschließende Regeln auf den Vorgabebefüllungszustand mehrfach durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgabebefüllungszustand auf einen zwischen dem ersten Wert und dem zweiten Wert liegenden Wert gesetzt wird.
8. Brennkraftmaschine (2), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Abgasreinigungseinrichtung (1), wobei die Abgasreinigungseinrichtung (1) einen von einem Abgasstrom der Brennkraftmaschine (2) durchströmbaren Katalysator (4) sowie eine stromaufwärts des Katalysators (4) an dem Abgasstrom angeordnete erste Lambdasonde (5) und eine stromabwärts des Katalysators (4) in dem Abgasstrom angeordnete zweite Lambdasonde (6) aufweist, wobei die erste Lambdasonde (5) eine Breitbandlambdasonde und die zweite Lambdasonde (6) eine Sprunglambdasonde ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät der Brennkraftmaschine (2) dazu ausgebildet ist, einen Sauerstoffbefüllungszustand eines Sauerstoffspeichers des Katalysators (4) anhand eines von der ersten Lambdasonde (5) bereitgestellten ersten Lambdasignals sowie einer Offsetgröße (Δλ) zu bestimmen, bei Unterschreiten einer Lambdasignaluntergrenze durch ein von der zweiten Lambdasonde (6) bereitgestelltes zweites Lambdasignal auf einen einem leeren Sauerstoffspeicher entsprechenden ersten Wert und/oder bei Überschreiten einer Lambdasignal- obergrenze durch das zweite Lambdasignal auf einen einem vollen Sauerstoffspei- cher entsprechenden zweiten Wert zu setzen und unmittelbar anschließend während wenigstens eines Regelzeitraums auf einen Vorgabebefüllungszustand zu regeln, wobei am Ende des Regelzeitraums auf einen Vorgabebefüllungszustand zu regeln, wobei am Ende des Regelzeitraums die Offsetgröße anhand des zweiten Lambdasignals angepasst wird.
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