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DE102018200399B4 - Method for analyzing the oxygen storage capacity of a catalytic converter and drive for a motor vehicle - Google Patents

Method for analyzing the oxygen storage capacity of a catalytic converter and drive for a motor vehicle Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität eines in einem Abgasstrang (4) eines Verbrennungsmotors (3) angeordneten Katalysators (6), aufweisend:- Entkoppeln des Verbrennungsmotors (3) von einem Antriebsstrang (9),- Antreiben des Verbrennungsmotors (3) mit einer konstanten Drehzahl mittels eines Elektromotors (10),- Zuführen eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator (6) bis zum vollständigen Beladen des Katalysators (6) mit Sauerstoff,- Zuführen eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator (6),- Ermitteln von zeitlichen Verläufen von Verbrennungsluftverhältnissen (λauf, λab) stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators (6) und- Bestimmen der im Katalysator (6) speicherbaren Sauerstoffmenge aus den ermittelten zeitlichen Verläufen der Verbrennungsluftverhältnisse (λauf, λab), wobei das fette Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors (3) erzeugt wird und wobei der Elektromotor (10) Störmomente aufgrund des Einspritzens des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors (3) ausgleicht.Method for analyzing the oxygen storage capacity of a catalytic converter (6) arranged in an exhaust system (4) of an internal combustion engine (3), comprising: - decoupling the internal combustion engine (3) from a drive train (9), - driving the internal combustion engine (3) at a constant speed by means of an electric motor (10),- supplying a lean fuel-air mixture to the catalytic converter (6) until the catalytic converter (6) is completely loaded with oxygen,- supplying a rich fuel-air mixture to the catalytic converter (6),- determining of time profiles of combustion air ratios (λauf, λab) upstream and downstream of the catalytic converter (6) and determining the amount of oxygen that can be stored in the catalytic converter (6) from the determined time profiles of the combustion air ratios (λauf, λab), the rich fuel-air mixture is generated by injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine (3) and the electric motor (10) Störm moments due to the injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine (3) compensates.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität eines in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors angeordneten Katalysators sowie einen Antrieb für ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a method for analyzing the oxygen storage capacity of a catalytic converter arranged in an exhaust system of an internal combustion engine and to a drive for a motor vehicle.

In Kraftfahrzeugen werden Katalysatoren wie z. B. Dreiwegekatalysatoren eingesetzt, um im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors vorhandene Stickoxide, Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenstoffmonoxid zu behandeln und die Schadstoffemission zu verringern. Mit zunehmender Lebensdauer des Katalysators verschlechtert sich dessen Wirkung aufgrund des Einwirkens hoher Temperaturen während der Verwendung im Abgasstrang. Dieser Funktionsverlust ist permanent, d. h. nicht regenerierbar, und erhöht die Schadstoffemission des Kraftfahrzeugs zunehmend und dauerhaft.In motor vehicles, catalysts such. B. three-way catalysts are used to treat existing nitrogen oxides, hydrocarbons and / or carbon monoxide in the exhaust stream of an internal combustion engine and to reduce pollutant emissions. As the life of the catalytic converter increases, its effectiveness deteriorates due to the effects of high temperatures during use in the exhaust system. This loss of function is permanent, i. H. not regenerable, and increases the pollutant emissions of the vehicle increasingly and permanently.

Daher verlangt die Gesetzgebung eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Katalysators in vorgegebenen Mindestabständen. Zudem ist auch das sog. In-Use-Performance-Ratio (IUPR) vorgegeben, das das Verhältnis zwischen der Anzahl der tatsächlich vollständig durchgeführten Überprüfungen bezüglich der Anzahl von Fahrzyklen, die bestimmte Randbedingungen erfüllen, bestimmt.Legislation therefore requires that the functionality of the catalytic converter be checked at specified minimum intervals. In addition, the so-called In-Use-Performance-Ratio (IUPR) is specified, which determines the relationship between the number of checks actually carried out in full in relation to the number of driving cycles that meet certain boundary conditions.

Einer der Gründe für die Verschlechterung der Katalysatorwirkung ist die Verringerung der Sauerstoffspeicherkapazität. Daher wird für die Funktionsüberprüfung von Dreiwegekatalysatoren häufig direkt oder indirekt die Sauerstoffspeicherkapazität bestimmt und evaluiert. Beispielsweise kann durch einen Vergleich mit Schwellwerten festgestellt werden, ob eine Wartung oder Reparatur des Katalysators erforderlich ist.One of the reasons for the deterioration of the catalyst performance is the decrease in oxygen storage capacity. Therefore, the oxygen storage capacity is often determined and evaluated directly or indirectly for the function test of three-way catalytic converters. For example, a comparison with threshold values can be used to determine whether maintenance or repair of the catalytic converter is required.

Ein auf der Prüfung der Sauerstoffspeicherkapazität beruhender Überwachungsalgorithmus kann beispielsweise auf den nachfolgend beschriebenen Erscheinungen beruhen. Wird dem Katalysator ein fettes Abgasgemisch zugeführt, d. h. ist das Verbrennungsluftverhältnis λ stromaufwärts des Katalysators kleiner 1, reagieren im Abgasstrom enthaltene Kohlenwasserstoffe und/oder enthaltenes Kohlenstoffmonoxid sowie ggf. Stickstoffmonoxid mit im Katalysator gespeichertem Sauerstoff, so dass die Menge des gespeicherten Sauerstoffs sinkt. In Abhängigkeit der gespeicherten Sauerstoffmenge wird zeitverzögert auch stromabwärts ein Verbrennungsluftverhältnis λ kleiner 1 detektiert. Aus der Zeitverzögerung kann auch die ursprünglich gespeicherte Sauerstoffmenge geschlossen werden.A monitoring algorithm based on checking the oxygen storage capacity can, for example, be based on the phenomena described below. If the catalyst is supplied with a rich exhaust gas mixture, i. H. If the combustion air ratio λ upstream of the catalytic converter is less than 1, hydrocarbons and/or carbon monoxide contained in the exhaust gas flow and possibly nitrogen monoxide react with oxygen stored in the catalytic converter, so that the amount of oxygen stored decreases. Depending on the stored oxygen quantity, a combustion air ratio λ less than 1 is also detected downstream with a time delay. The originally stored amount of oxygen can also be inferred from the time delay.

Da durch die Katalysatoralterung die Sauerstoffspeicherkapazität abnimmt, spiegelt sich dies auch in der Zeitverzögerung wieder, d. h. ein Verbrennungsluftverhältnis λ kleiner 1 wird zunehmend früher stromabwärts des Katalysators beobachtet.Since the oxygen storage capacity decreases due to the aging of the catalyst, this is also reflected in the time delay, i. H. a combustion air ratio λ smaller than 1 is observed increasingly earlier downstream of the catalytic converter.

Die Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität kann beispielsweise während einer sog. overrun-Betriebsphase durchgeführt werden, während der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb, d. h. bei mit dem Antriebsstrang gekoppelten Verbrennungsmotor, ohne Kraftstoffzufuhr betrieben wird. Mit anderen Worten wird der Verbrennungsmotor mitgeschleppt. Hierbei wird weiterhin Frischluft aus dem Ansaugstrang über den Verbrennungsmotor in den Abgasstrang gepumpt, so dass das Verbrennungsluftverhältnis λ zunächst größer 1 ist, d. h. ein mageres Abgasgemisch vorliegt. Dadurch wird ein vollständiges Beladen des Katalysators mit Sauerstoff erreicht.The analysis of the oxygen storage capacity can be carried out, for example, during a so-called overrun operating phase while the internal combustion engine is in overrun mode, i. H. in the case of an internal combustion engine coupled to the drive train, is operated without fuel supply. In other words, the internal combustion engine is dragged along. In this case, fresh air is pumped from the intake line via the combustion engine into the exhaust line, so that the combustion air ratio λ is initially greater than 1, i. H. a lean exhaust gas mixture is present. As a result, the catalyst is completely loaded with oxygen.

Zur Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität wird nun eine solche overrun-Betriebsphase mit einer weiteren Betriebsphase abgewechselt, in der durch Injektion von Kraftstoff ein fettes Abgasgemisch erzeugt wird. Aus der oben beschriebenen Zeitverzögerung zwischen der Detektion eines Verbrennungsluftverhältnisses kleiner 1 stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators kann der aktuelle Katalysatorzustand ermittelt werden.To analyze the oxygen storage capacity, such an overrun operating phase is now alternated with a further operating phase in which a rich exhaust gas mixture is generated by injecting fuel. The current state of the catalytic converter can be determined from the time delay described above between the detection of a combustion air ratio of less than 1 upstream and downstream of the catalytic converter.

Um eine Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität zuverlässig und genau durchführen zu können, muss die Dauer der overrun-Betriebsphase ausreichend lang sein, um sicherzustellen, dass der Katalysator vollständig mit Sauerstoff beladen wird. Zudem kann die Genauigkeit der Analyse aufgrund eines kontinuierlich abnehmenden Volumenstroms bei variierender Motordrehzahl negativ beeinflusst werden.In order to be able to carry out an analysis of the oxygen storage capacity reliably and accurately, the duration of the overrun operating phase must be long enough to ensure that the catalyst is fully loaded with oxygen. In addition, the accuracy of the analysis can be negatively influenced due to a continuously decreasing volume flow with varying engine speed.

Ist das Kraftfahrzeug mit einer elektronisch betätigten Kupplung (e-clutch) ausgestattet, nimmt jedoch üblicherweise die Häufigkeit und/oder Dauer der overrun-Betriebsphasen ab, da im Zusammenhang mit einer elektronisch betätigten Kupplung oftmals Strategien genutzt werden, bei denen der Motor automatisch von den Rädern entkoppelt wird, z. B. um Kraftstoff einzusparen. Beispielsweise kann der Motor von den Rädern automatisch entkoppelt werden, wenn der Fahrer keine Motorleistung anfordert, also z. B. das Fahrpedal nicht betätigt, und weitere Bedingungen erfüllt sind, u. a. kein Bremsvorgang stattfindet. Nach dem Entkoppeln fällt die Motordrehzahl sehr schnell ab. Der Motor kann dann im Leerlauf weiter betrieben werden oder abgeschaltet werden.If the motor vehicle is equipped with an electronically actuated clutch (e-clutch), however, the frequency and/or duration of the overrun operating phases usually decreases, since strategies are often used in connection with an electronically actuated clutch in which the engine is automatically switched off by the Wheels is decoupled, z. B. to save fuel. For example, the engine can be automatically decoupled from the wheels when the driver is not requesting engine power, e.g. B. the accelerator pedal is not actuated, and other conditions are met, e.g. no braking takes place. After decoupling, the engine speed drops very quickly. The engine can then continue to idle or be switched off.

Die elektronisch betätigte Kupplung ermöglicht also ein automatisches Entkoppeln des Verbrennungsmotors vom restlichen Antriebsstrang, so dass der Verbrennungsmotor im Leerlauf betrieben oder abgeschaltet werden kann. Dadurch wird ein Mitschleppen des Verbrennungsmotors vermieden und der Kraftstoffverbrauch kann gesenkt werden. Eine Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität ist dabei nicht oder nur eingeschränkt möglich, da die Häufigkeit und/oder Dauer der overrun-Betriebsphasen reduziert ist.The electronically actuated clutch thus enables the internal combustion engine to be automatically decoupled from the rest of the drive train, so that the internal combustion engine can be operated at idle or switched off. This avoids the combustion engine being dragged along and fuel consumption can be reduced. An analysis of the oxygen storage capacity is not possible or only possible to a limited extent, since the frequency and/or duration of the overrun operating phases is reduced.

Der vorstehend beschriebene Aspekt bezüglich einer elektronisch betätigten Kupplung ist insbesondere bei Hybridelektrofahrzeugen von großer Bedeutung. Bei einem Hybridelektroantrieb eines Kraftfahrzeugs kann der Verbrennungsmotor abgeschaltet werden, während das Kraftfahrzeug frei rollt, um den Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen zu reduzieren. Zum Abschalten des Verbrennungsmotors kann dessen Kraftstoffversorgung unterbrochen werden. Mit einem als Generator eingesetzten Elektromotor des Hybridelektroantriebs oder einem separaten Generator des Hybridelektroantriebs kann Energie zurückgewonnen werden (Rekuperation), was die Energieeffizienz des Hybridelektroantriebs verbessert.The aspect described above with regard to an electronically actuated clutch is of great importance in particular in the case of hybrid electric vehicles. In a hybrid electric drive of a motor vehicle, the internal combustion engine can be switched off while the motor vehicle is coasting in order to reduce fuel consumption and pollutant emissions. To switch off the internal combustion engine, its fuel supply can be interrupted. With an electric motor used as a generator of the hybrid electric drive or a separate generator of the hybrid electric drive, energy can be recovered (recuperation), which improves the energy efficiency of the hybrid electric drive.

Um die Häufigkeit und Dauer von overrun-Betriebsphasen bei einem Hybridelektroantrieb zu erhöhen, kann beispielsweise das Freirollen des Kraftfahrzeugs verzögert werden, indem das Öffnen der Kupplung bis zum Abschluss der Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität verhindert wird. Mit anderen Worten wird der Verbrennungsmotor nach einer vollständigen Entlastung des Fahrpedals noch für einen vorgegebenen Zeitraum in einer overrun-Betriebsphase betrieben. Dies beeinflusst jedoch das Fahrverhalten des Kraftfahrzeugs, da das Fahrzeug bei geschlossener Kupplung schneller abbremst. Dies kann für einen Fahrer des Kraftfahrzeugs störend wahrnehmbar sein und eventuell zur Kundenunzufriedenheit führen.In order to increase the frequency and duration of overrun operating phases in a hybrid electric drive, the free rolling of the motor vehicle can be delayed, for example, by preventing the clutch from opening until the analysis of the oxygen storage capacity has been completed. In other words, after the accelerator pedal has been completely relieved, the internal combustion engine is still operated in an overrun operating phase for a predetermined period of time. However, this influences the handling of the motor vehicle, since the vehicle brakes faster when the clutch is closed. This can be disturbingly perceivable for a driver of the motor vehicle and possibly lead to customer dissatisfaction.

Alternativ kann nach einer vollständigen Entlastung des Fahrpedals ein „freier Fall“ des Verbrennungsmotors bei von dem Antriebsstrang des Hybridelektroantriebs abgekoppeltem Verbrennungsmotor genutzt werden, während dem eine Motordrehzahl des Verbrennungsmotors von der letzten Arbeitsdrehzahl auf eine Leerlaufdrehzahl des Verbrennungsmotors oder auf null abfällt ( DE 10 2011 001 045 A1 ). Die Dauer eines solchen freien Falls des Verbrennungsmotors ist jedoch üblicherweise relativ kurz, so dass nicht sichergestellt werden kann, dass der Katalysator vollständig mit Frischluft gespült wird. Folglich kann eine robuste Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität nicht zuverlässig gewährleistet werden.Alternatively, after the accelerator pedal has been completely relieved, a "free fall" of the internal combustion engine can be used when the internal combustion engine is decoupled from the drive train of the hybrid electric drive, during which an engine speed of the internal combustion engine drops from the last working speed to an idle speed of the internal combustion engine or to zero ( DE 10 2011 001 045 A1 ). However, the duration of such a free fall of the internal combustion engine is usually relatively short, so that it cannot be ensured that the catalytic converter is completely flushed with fresh air. Consequently, a robust analysis of the oxygen storage capacity cannot be reliably guaranteed.

Aus der DE 10 2017 201 643 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose einer Lambdasonde bekannt, bei dem während der Diagnose die Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors abgeschaltet wird und der vom Antriebsstrang abgekoppelte Verbrennungsmotor über einen vorgegebenen Zeitraum mittels eines Elektromotors angetrieben wird.From the DE 10 2017 201 643 A1 discloses a method for diagnosing a lambda probe, in which the fuel supply to the internal combustion engine is switched off during the diagnosis and the internal combustion engine, which is decoupled from the drive train, is driven by an electric motor for a predetermined period of time.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, mit der eine zuverlässige Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs durchgeführt werden kann.The present invention is based on the object of specifying a possibility with which a reliable analysis of the oxygen storage capacity of a catalytic converter in an exhaust system of a motor vehicle can be carried out.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.This problem is solved by the subject matter of the independent claims. Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf der Grundidee, eine Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität eines Katalysators im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors durchzuführen, während der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang entkoppelt, d. h. getrennt, ist und mittels eines Elektromotors angetrieben wird. Dies ermöglicht vorteilhaft eine zuverlässige und robuste Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität, wobei das Fahrverhalten nicht oder allenfalls geringfügig beeinflusst wird. Mit anderen Worten muss der Fahrer, der sich an eine Entkopplungsstrategie gewöhnt hat, nicht mit einer Schubphase konfrontiert werden, bei der die Kupplung unerwartet geschlossen bleibt und sich das Fahrzeug schneller verlangsamt.The invention is based on the basic idea of carrying out an analysis of the oxygen storage capacity of a catalytic converter in the exhaust system of an internal combustion engine while the internal combustion engine is decoupled from the drive train, i. H. separate, and is driven by an electric motor. This advantageously enables a reliable and robust analysis of the oxygen storage capacity, with the driving behavior not being affected, or at most being slightly affected. In other words, the driver who has become accustomed to a decoupling strategy does not have to be confronted with an overrun phase in which the clutch unexpectedly remains closed and the vehicle slows down more quickly.

Zudem kann die Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität bei einer konstanten Drehzahl des Verbrennungsmotors und konstanten Volumenströmen durchgeführt werden. Dies verbessert die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Analyse im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei dem die Analyse in einer overrun-Betriebsphase mit einem kontinuierlich abnehmenden Volumenstrom bei variierender Motordrehzahl durchgeführt wird. Eine weitere Verbesserung der Genauigkeit kann durch Vorgabe eines bestimmten Drehzahlsollwerts für den Verbrennungsmotor während der Analyse erreicht werden, so dass die Streuung der Messwerte verringert werden kann. Der vorzugebende Drehzahlsollwert sollte nicht zu niedrig gewählt werden, um eine schnelle Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität zu ermöglichen.In addition, the analysis of the oxygen storage capacity can be carried out at a constant speed of the internal combustion engine and constant volume flows. This improves the reliability and accuracy of the analysis compared to the method known from the prior art, in which the analysis is carried out in an overrun operating phase with a continuously decreasing volume flow at varying engine speeds. A further improvement in accuracy can be achieved by specifying a specific target speed value for the combustion engine during the analysis, so that the scatter of the measured values can be reduced. The speed setpoint to be specified should not be too low in order to enable a quick analysis of the oxygen storage capacity.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität eines in einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors angeordneten Katalysators, z. B. eines Dreiwegekatalysators, weist ein Entkoppeln des Verbrennungsmotors von einem Antriebsstrang, ein Antreiben des Verbrennungsmotors mittels eines Elektromotors, ein Zuführen eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator bis zum vollständigen Beladen des Katalysators mit Sauerstoff, ein Zuführen eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator, ein Ermitteln von zeitlichen Verläufen von Verbrennungsluftverhältnissen stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators und ein Bestimmen der im Katalysator speicherbaren Sauerstoffmenge aus den ermittelten zeitlichen Verläufen der Verbrennungsluftverhältnisse auf. Der Verbrennungsmotor kann beispielsweise zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs ausgebildet sein, d. h. es kann sich um den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs handeln.The method according to the invention for analyzing the oxygen storage capacity of a catalyst arranged in an exhaust system of an internal combustion engine, e.g. B. a three-way catalytic converter, comprises decoupling the internal combustion engine from a drive train, driving the internal combustion engine by means of an electric motor, supplying a lean fuel-air mixture to the catalytic converter until the catalytic converter is completely loaded with oxygen, supplying a rich fuel-air mixture Mixture to the catalyst, a determination of time courses of combustion air conditions upstream and downstream of the catalytic converter and a determination of the amount of oxygen that can be stored in the catalytic converter from the determined time profiles of the combustion air ratios. The internal combustion engine can be designed, for example, to drive a motor vehicle, ie it can be the internal combustion engine of a motor vehicle.

Die vorstehend genannten Merkmale des Verfahrens können in der Reihenfolge der Erläuterung, jedoch je nach Bedarf auch in einer abweichenden Reihenfolge oder gleichzeitig durchgeführt werden. Beispielsweise werden die zeitlichen Verläufe der Verbrennungsluftverhältnisse während des Zuführens des mageren bzw. fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs ermittelt.The above features of the method can be performed in the order of explanation, but also in a different order or simultaneously as needed. For example, the time curves of the combustion air ratios are determined during the supply of the lean or rich fuel-air mixture.

Die zeitlichen Verläufe der Verbrennungsluftverhältnisse können mittels Gassensoren, z. B. Lambdasonden, ermittelt werden. Der Verbrennungsmotor kann durch Lösen einer im Antriebsstrang angeordneten Kupplung vom übrigen Antriebsstrang entkoppelt werden.The combustion air ratios over time can be measured using gas sensors, e.g. B. lambda probes are determined. The internal combustion engine can be decoupled from the rest of the drive train by releasing a clutch arranged in the drive train.

Zur Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität wird also der Verbrennungsmotor vom Antriebsstrang entkoppelt und mittels eines Elektromotors angetrieben. Die Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor kann bevorzugt unterbrochen werden, so dass der Verbrennungsmotor zumindest zeitweise ausschließlich durch den Elektromotor angetrieben werden kann. Durch das Antreiben des Verbrennungsmotors mittels des Elektromotors wird weiterhin Sauerstoff enthaltende Frischluft durch den Ansaugstrang und den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors in den Abgasstrang gefördert. Bei geringer oder unterbrochener Kraftstoffzufuhr kann dem Katalysator dadurch ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch, d. h. ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem Verbrennungsluftverhältnis größer 1, zugeführt werden, so dass der Katalysator mit Sauerstoff beladen wird. Bevorzugt ist eine Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr, z. B. der Kraftstoffeinspritzung, so dass dem Katalysator lediglich Frischluft zugeführt wird, da hierdurch der Katalysator am schnellsten mit Sauerstoff beladen und Kraftstoff eingespart werden kann.To analyze the oxygen storage capacity, the internal combustion engine is decoupled from the drive train and driven by an electric motor. The fuel supply to the internal combustion engine can preferably be interrupted, so that the internal combustion engine can be driven exclusively by the electric motor, at least at times. By driving the internal combustion engine by means of the electric motor, oxygen-containing fresh air continues to be conveyed through the intake line and the combustion chamber of the internal combustion engine into the exhaust line. If the fuel supply is low or interrupted, this can result in a lean fuel-air mixture, i. H. a fuel-air mixture with a combustion air ratio greater than 1, so that the catalytic converter is loaded with oxygen. An interruption of the fuel supply, e.g. B. the fuel injection, so that the catalyst only fresh air is supplied, as this is the fastest way to load the catalyst with oxygen and fuel can be saved.

Von einem vollständigen Beladen des Katalysators mit Sauerstoff kann ausgegangen werden, wenn das Verbrennungsluftverhältnis stromabwärts des Katalysators dem Verbrennungsluftverhältnis stromaufwärts des Katalysators zumindest annähernd entspricht.It can be assumed that the catalytic converter is completely loaded with oxygen if the combustion air ratio downstream of the catalytic converter corresponds at least approximately to the combustion air ratio upstream of the catalytic converter.

Nach dem vollständigen Beladen des Katalysators mit Sauerstoff wird dem Katalysator nunmehr ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch, d. h. ein Kraftstoff-Luft-Gemisch mit einem Verbrennungsluftverhältnis kleiner 1, zugeführt, indem dem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors Kraftstoff zugeführt wird. Außerdem kann Kraftstoff in den Abgasstrang stromaufwärts des Katalysators injiziert werden. Durch eine Auswertung der stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators ermittelten zeitlichen Verläufe des Verbrennungsluftverhältnisses kann nun die im Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge und damit die im Katalysator speicherbare Sauerstoffmenge bestimmt werden. Anhand der speicherbaren Sauerstoffmenge kann eine Aussage über den Zustand des Katalysators getroffen werden und bei Bedarf Wartungs- oder Reparaturmaßnahmen eingeleitet werden.After the catalyst has been completely loaded with oxygen, the catalyst is now supplied with a rich fuel-air mixture, i. H. a fuel-air mixture with a combustion air ratio of less than 1, supplied by fuel being supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine. Additionally, fuel may be injected into the exhaust line upstream of the catalytic converter. The amount of oxygen stored in the catalytic converter and thus the amount of oxygen that can be stored in the catalytic converter can now be determined by evaluating the time curves of the combustion air ratio determined upstream and downstream of the catalytic converter. Based on the amount of oxygen that can be stored, a statement can be made about the condition of the catalytic converter and, if necessary, maintenance or repair measures can be initiated.

Der Zeitpunkt, zu dem das Verfahren zur Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität eingeleitet wird, kann in Abhängigkeit von erfassten Betriebsparametern des Verbrennungsmotors, des Antriebsstrangs und/oder des Kraftfahrzeugs ausgewählt werden. Ein solcher Betriebsparameter kann beispielsweise eine erfasste vollständige Entlastung des Fahrpedals im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs sein. Alternativ kann eine Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität in vorgegebenen Zeitintervallen oder nach vorgegebenen Betriebszyklen wiederholt eingeleitet werden.The point in time at which the method for analyzing the oxygen storage capacity is initiated can be selected as a function of detected operating parameters of the internal combustion engine, the drive train and/or the motor vehicle. Such an operating parameter can be, for example, a detected complete release of the accelerator pedal while the motor vehicle is being driven. Alternatively, an analysis of the oxygen storage capacity can be repeatedly initiated at predetermined time intervals or after predetermined operating cycles.

Die Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität kann beispielsweise während eines Freirollens des Kraftfahrzeugs durchgeführt werden. Das Kraftfahrzeug rollt frei, wenn es nicht durch den Verbrennungsmotor oder den Elektromotor angetrieben wird.The analysis of the oxygen storage capacity can be carried out, for example, while the motor vehicle is coasting. The motor vehicle rolls freely when not being propelled by the internal combustion engine or the electric motor.

Erfindungsgemäß wird der Verbrennungsmotor mit einer konstanten Drehzahl mittels des Elektromotors angetrieben. Optional kann als konstante Drehzahl ein Drehzahlsollwert vorgegeben werden. Bevorzugt kann die Drehzahl so gewählt sein, dass die für ein vollständiges Beladen des Katalysators mit Sauerstoff benötigte Zeit möglichst gering ausfällt, um die Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität zügig durchführen zu können und dadurch den zum Antreiben des Verbrennungsmotors erforderlichen Energieverbrauch des Elektromotors möglichst gering zu halten.According to the invention, the internal combustion engine is driven at a constant speed by means of the electric motor. Optionally, a speed setpoint can be specified as a constant speed. The speed can preferably be selected in such a way that the time required for complete loading of the catalytic converter with oxygen is as short as possible in order to be able to carry out the analysis of the oxygen storage capacity quickly and thus to keep the energy consumption of the electric motor required to drive the internal combustion engine as low as possible.

Erfindungsgemäß gleicht der Elektromotor bei dem Erzeugen des fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors Stör(dreh)momente, die aufgrund des Einspritzens des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors auftreten, aus. Bei einem Einspritzen von Kraftstoff in den Verbrennungsraum und Zünden wird der Verbrennungsmotor zusätzlich zum Elektromotor auch durch Kraftstoffverbrennung angetrieben, wodurch ein zusätzliches Drehmoment erzeugt wird. Durch entsprechende Verringerung des Antriebs mittels des Elektromotors können derartige Störmomente ausgeglichen und z. B. die Drehzahl des Verbrennungsmotors konstant gehalten werden. Hierdurch kann die Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität verbessert werden.According to the invention, when generating the rich fuel-air mixture by injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine, the electric motor compensates for disturbance (torque) torques that occur due to the injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine. When fuel is injected into the combustion chamber and ignited, the internal combustion engine is also driven by fuel combustion in addition to the electric motor, as a result of which additional torque is generated. By appropriately reducing the drive by means of the electric motor, such Disturbance moments compensated and z. B. the speed of the internal combustion engine can be kept constant. This can improve the reliability and accuracy of the oxygen storage capacity analysis.

Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann der Antriebsstrang als Hybridelektroantriebsstrang, beispielsweise als Hybridelektroantriebsstrang eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, ausgebildet und der Elektromotor eine Elektromaschine des Hybridelektroantriebsstrangs sein. Beispielsweise kann eine zum Antreiben des Hybridelektroantriebsstrangs vorhandene Elektromaschine zum Antreiben des Verbrennungsmotors während der Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität genutzt werden.According to various embodiment variants, the drive train can be designed as a hybrid electric drive train, for example as a hybrid electric drive train of a hybrid electric motor vehicle, and the electric motor can be an electric machine of the hybrid electric drive train. For example, an electric machine present to power the hybrid electric powertrain may be used to power the engine during the oxygen storage capacity analysis.

Bei einem Hybridelektroantrieb kann der Verbrennungsmotor mit dem Elektromotor angetrieben werden. Hierzu kann der Elektromotor über einen Riemen oder ein Getriebe trieblich mit dem Verbrennungsmotor verbunden sein oder werden. Alternativ können Elektromotor und Verbrennungsmotor auf derselben Achse angeordnet sein. Optional kann eine Kupplung zur Trennung des Verbrennungsmotors vom Elektromotor vorhanden sein. Zudem können bei bestimmten Konfigurationen eines Hybridelektroantriebs der Verbrennungsmotor und der Elektromotor von dem Triebstrang des Hybridelektroantriebs abgekoppelt werden. Diese Eigenschaften eines Hybridelektroantriebs macht sich die Erfindung zu Nutze, um den Verbrennungsmotor, z. B. nach einer vollständigen Entlastung eines Fahrpedals eines Hybridelektrokraftfahrzeugs, während der Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität von dem Antriebstrang des Hybridelektroantriebs abzukoppeln und mittels wenigstens eines Elektromotors des Hybridelektroantriebs anzutreiben, z. B. über einen vorgegebenen Zeitraum mit einer vorgegebenen Verbrennungsmotordrehzahl. Hierdurch wird der Verbrennungsmotor ohne eine Versorgung mit Kraftstoff in einem stabilen Zustand gehalten und kann Frischluft über den Ansaugstrang in den Abgasstrang pumpen.In a hybrid electric drive, the internal combustion engine can be driven by the electric motor. For this purpose, the electric motor can be drivingly connected to the internal combustion engine via a belt or a gear. Alternatively, the electric motor and the internal combustion engine can be arranged on the same axis. A clutch for separating the internal combustion engine from the electric motor can be provided as an option. In addition, in certain configurations of a hybrid electric drive, the internal combustion engine and the electric motor can be decoupled from the drive train of the hybrid electric drive. The invention makes use of these properties of a hybrid electric drive in order to drive the internal combustion engine, e.g. B. after a complete relief of an accelerator pedal of a hybrid electric vehicle, to be decoupled from the drive train of the hybrid electric drive during the analysis of the oxygen storage capacity and to be driven by at least one electric motor of the hybrid electric drive, e.g. B. over a predetermined period of time at a predetermined engine speed. As a result, the internal combustion engine is kept in a stable state without a supply of fuel and can pump fresh air into the exhaust line via the intake line.

Der Hybridelektroantriebsstrang kann beispielsweise eine P0-, P1 oder P2-Konfiguration aufweisen. Die Elektromaschine kann mit anderen Worten an unterschiedlichen Positionen des Hybridantriebsstrangs vorgesehen sein, z. B. an der PC-Position, z. B. als sog. belt integrated starter generator, BISG, an der P1-Position, z. B. als sog. crank integrated starter generator, CISG oder an der P2-Position. Im Falle einer P2-Konfiguration können zwei Kupplungen, z. B. zwei elektronisch betätigte Kupplungen, vorhanden sein. In diesem Fall wird zur Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität die Kupplung zwischen der Elektromaschine und dem Getriebe geöffnet, während die Kupplung zwischen Elektromaschine und Verbrennungsmotor geschlossen wird oder geschlossen verbleibt.For example, the hybrid electric powertrain may have a P0, P1, or P2 configuration. In other words, the electric machine can be provided at different positions of the hybrid drive train, e.g. B. at the PC position, z. B. as a so-called. Belt integrated starter generator, BISG, at the P1 position, z. B. as a so-called crank integrated starter generator, CISG or at the P2 position. In the case of a P2 configuration, two clutches, e.g. B. two electronically actuated clutches may be present. In this case, to analyze the oxygen storage capacity, the clutch between the electric machine and the transmission is opened, while the clutch between the electric machine and the combustion engine is closed or remains closed.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten kann der Verbrennungsmotor mittels einer elektronisch betätigten Kupplung, einer sog. e-clutch, vom Antriebsstrang entkoppelt werden. Eine elektronisch betätigte Kupplung ermöglicht eine automatisierte Durchführung der Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität, ohne dass ein manuelles Eingreifen durch den Bediener oder Fahrer notwendig ist. Dadurch können vorteilhaft regelmäßige Analysen der Sauerstoffspeicherkapazität vereinfacht durchgeführt werden.According to further embodiment variants, the internal combustion engine can be decoupled from the drive train by means of an electronically actuated clutch, a so-called e-clutch. An electronically actuated clutch enables the oxygen storage capacity analysis to be performed automatically without the need for manual intervention by the operator or driver. As a result, regular analyzes of the oxygen storage capacity can advantageously be carried out in a simplified manner.

Gemäß weiteren Ausführungsvarianten können dem Katalysator mehrfach abwechselnd ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch und ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt werden. Mehrfach durchgeführte Mager-Fett-Zyklen können die Genauigkeit der Analyse der Sauerstoffkapazität verbessern, da beispielsweise Mittelwerte gebildet werden können oder anderweitige statistische Auswertungen vorgenommen werden können.According to further embodiment variants, a lean fuel-air mixture and a rich fuel-air mixture can be alternately supplied to the catalytic converter several times. Lean-rich cycles carried out several times can improve the accuracy of the analysis of the oxygen capacity, since mean values can be formed, for example, or other statistical evaluations can be carried out.

Ein erfindungsgemäßer Antrieb für ein Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor mit einem sich an den Verbrennungsmotor anschließenden Abgasstrang zur Aufnahme eines von dem Verbrennungsmotor erzeugten Abgasstroms, einen in dem Abgasstrang angeordneten Katalysator, einen stromaufwärts des Katalysators im Abgasstrang angeordneten Sensor zur Ermittlung des Verbrennungsluftverhältnisses, einen stromabwärts des Katalysators im Abgasstrang angeordneten Sensor zur Ermittlung des Verbrennungsluftverhältnisses, eine Kupplung zum Verbinden des Verbrennungsmotors mit einem Antriebsstrang, einen Elektromotor, der trieblich mit dem Verbrennungsmotor verbindbar ist und eine Steuer- und/oder Regelungseinheit, die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, Steuersignale zum Entkoppeln des Verbrennungs-motors vom Antriebsstrang, zum Antreiben des Verbrennungsmotors mit einer konstanten Drehzahl mittels des Elektromotors, zum Zuführen eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator, zum Erzeugen eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs mittels Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors, zum Zuführen des fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator und zum Ausgleichen von Störmomenten aufgrund des Einspritzens des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors mittels des Elektromotors auszugeben, auf.A drive according to the invention for a motor vehicle has an internal combustion engine with an exhaust line connected to the internal combustion engine for receiving an exhaust gas flow generated by the internal combustion engine, a catalytic converter arranged in the exhaust line, a sensor for determining the combustion air ratio arranged upstream of the catalytic converter in the exhaust line, a sensor downstream of the catalytic converter sensor arranged in the exhaust system for determining the air/fuel ratio, a clutch for connecting the internal combustion engine to a drive train, an electric motor which can be drivingly connected to the internal combustion engine and a control and/or regulating unit which is set up and designed for this purpose, control signals for decoupling the combustion -motors from the drive train, for driving the internal combustion engine at a constant speed by means of the electric motor, for supplying a lean fuel-air mixture to the catalyst, for generating e a rich fuel-air mixture by injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine, for supplying the rich fuel-air mixture to the catalytic converter and for compensating for disturbance torques due to the injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine by means of the electric motor.

Mit dem erfindungsgemäßen Antrieb sind die oben mit Bezug auf das Verfahren genannten Vorteile entsprechend verbunden. Insbesondere kann der Antrieb zur Durchführung des Verfahrens gemäß einer der vorgenannten Ausführungsvarianten oder einer beliebigen Kombination von wenigstens zwei dieser Ausführungsvarianten eingesetzt werden.The advantages mentioned above in relation to the method are correspondingly associated with the drive according to the invention. In particular, the drive for carrying out the method according to one of the aforementioned embodiment variants th or any combination of at least two of these variants can be used.

Der Verbrennungsmotor kann ein Ottomotor oder ein Dieselmotor sein. Mittels der Kupplung, z. B. einer elektronisch betätigten Kupplung, kann der Verbrennungsmotor wahlweise trieblich mit dem Antriebstrang des Antriebs verbunden oder von dem Triebstrang gelöst sein. Der Elektromotor kann beispielsweise über eine weitere Kupplung und über einen Abschnitt des Antriebstrangs wahlweise mit dem Verbrennungsmotor verbunden oder von diesem abgekoppelt sein. Alternativ kann der Elektromotor über eine weitere Kupplung und einen Riemen oder ein Getriebe wahlweise trieblich mit dem Verbrennungsmotor verbunden oder von diesem abgekoppelt sein. Der Elektromotor kann alternativ ununterbrochen trieblich mit dem Verbrennungsmotor verbunden sein.The internal combustion engine can be an Otto engine or a diesel engine. By means of the clutch, z. B. an electronically actuated clutch, the internal combustion engine can either be drivingly connected to the drive train of the drive or be detached from the drive train. The electric motor can be selectively connected to the internal combustion engine or decoupled from it, for example via a further clutch and via a section of the drive train. Alternatively, the electric motor can be selectively drivingly connected to the internal combustion engine or decoupled from it via a further clutch and a belt or a transmission. Alternatively, the electric motor may be continuously drivingly connected to the internal combustion engine.

Der Antrieb kann als Hybridelektroantrieb ausgebildet sein, wobei der Elektromotor eine Elektromaschine des Hybridelektroantriebs ist. Gemäß obiger Ausführungen kann der Hybridelektroantrieb eine P0-, P1- oder P2-Konfiguration aufweisen.The drive can be designed as a hybrid electric drive, with the electric motor being an electric machine of the hybrid electric drive. According to the above, the hybrid electric drive can have a P0, P1 or P2 configuration.

Die Sensoren können beispielsweise als Lambdasonden ausgebildet sein. Der Katalysator kann beispielsweise als Dreiwegekatalysator ausgebildet sein.The sensors can be designed as lambda probes, for example. The catalytic converter can be designed, for example, as a three-way catalytic converter.

Die Steuer- und/oder Regelungseinheit kann beispielsweise durch eine Fahrzeugelektronik oder eine Motorelektronik oder separat von diesen Fahrzeugkomponenten ausgebildet sein. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit kann signaltechnisch mit einer Einspritzanlage des Verbrennungsmotors verbunden sein, um die Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff unterbrechen oder aktivieren zu können. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit kann signaltechnisch mit einem Aktuator der Kupplung verbunden sein, um die Kupplung während der Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität zu lösen und gelöst halten zu können. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit kann optional signaltechnisch mit einer weiteren Kupplung verbunden sein, um den Elektromotor trieblich mit dem Verbrennungsmotor zu verbinden und verbunden halten zu können. Die Steuer- und/oder Regelungseinheit kann signaltechnisch mit dem Elektromotor verbunden sein, um den Elektromotor zum Antreiben des Verbrennungsmotors ansteuern zu können, z. B. mit einer konstanten Drehzahl.The control and/or regulation unit can be formed, for example, by vehicle electronics or engine electronics or separately from these vehicle components. The control and/or regulation unit can be connected in terms of signals to an injection system of the internal combustion engine in order to be able to interrupt or activate the supply of fuel to the internal combustion engine. The control and/or regulation unit can be connected in terms of signals to an actuator of the clutch in order to be able to release the clutch and keep it released during the analysis of the oxygen storage capacity. The control and/or regulation unit can optionally be connected to a further clutch in terms of signals in order to be able to drive the electric motor to the internal combustion engine and keep it connected. The control and/or regulation unit can be connected to the electric motor via signals in order to be able to control the electric motor for driving the internal combustion engine, e.g. B. at a constant speed.

Gemäß verschiedenen Ausführungsvarianten kann der Antrieb eine Verarbeitungseinheit aufweisen, die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, die im Katalysator speicherbare Sauerstoffmenge aus zeitlichen Verläufen der ermittelten Verbrennungsluftverhältnisse stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators zu bestimmen. Falls es sich um den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeugs handelt, kann die Verarbeitungseinheit beispielsweise im Fahrzeug selbst, z. B. als Teil der Motorsteuerung, angeordnet sein. Alternativ kann die Verarbeitungseinheit extern angeordnet sein, wobei die zeitlichen Verläufe der ermittelten Verbrennungsluftverhältnisse stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators an die Verarbeitungseinheit z. B. mittels einer Funkverbindung übertragen werden.According to various embodiment variants, the drive can have a processing unit that is set up and designed to determine the amount of oxygen that can be stored in the catalytic converter from time profiles of the determined combustion air ratios upstream and downstream of the catalytic converter. If it is the drive train of a motor vehicle, the processing unit can, for example, in the vehicle itself, z. B. as part of the engine control can be arranged. Alternatively, the processing unit can be arranged externally, with the time profiles of the determined combustion air ratios upstream and downstream of the catalytic converter being sent to the processing unit, e.g. B. be transmitted by a radio link.

Im Folgenden wird die Erfindung beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils für sich genommen als auch in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Antrieb; und.
  • 2 ein Diagramm zur Darstellung des Verlaufs einer Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors eines Ausführungsbeispiels für einen Hybridelektroantrieb während der Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität.
In the following, the invention is explained by way of example with reference to the attached figures using preferred embodiments, with the features presented below being able to represent an aspect of the invention both individually and in various combinations with one another. Show it:
  • 1 a schematic representation of an embodiment of a drive according to the invention; and.
  • 2 a diagram to show the course of an engine speed of an internal combustion engine of an embodiment for a hybrid electric drive during the analysis of the oxygen storage capacity.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für einen Antrieb 1 für ein Kraftfahrzeug 2, wobei der Antrieb 1 als Hybridelektroantrieb ausgebildet ist. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a drive 1 for a motor vehicle 2, wherein the drive 1 is designed as a hybrid electric drive.

Der Antrieb 1 weist einen Verbrennungsmotor 3 mit einem sich an den Verbrennungsmotor 3 anschließenden Abgasstrang 4 zur Aufnahme eines von dem Verbrennungsmotor 3 erzeugten Abgasstroms 5 auf. Die Frischluftversorgung des Verbrennungsmotors 3 erfolgt über den Ansaugstrang 13. Mittels der Kupplung 8b kann der Verbrennungsmotor 3 mit dem Antriebsstrang 9 verbunden oder vom Antriebsstrang 9 entkoppelt werden.The drive 1 has an internal combustion engine 3 with an exhaust line 4 connected to the internal combustion engine 3 for receiving an exhaust gas flow 5 generated by the internal combustion engine 3 . The internal combustion engine 3 is supplied with fresh air via the intake line 13. The internal combustion engine 3 can be connected to the drive train 9 or decoupled from the drive train 9 by means of the clutch 8b.

In dem Abgasstrang 5 ist ein Katalysator 6 angeordnet, bei dem es sich im Ausführungsbeispiel um einen Dreiwegekatalysator handelt. Weiterhin sind im Abgasstrang 5 stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators 6 Lambdasonden als Sensoren 7a, 7b zur Ermittlung der Verbrennungsluftverhältnisse λauf, λab stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators 6 angeordnet.A catalytic converter 6 is arranged in the exhaust line 5 and is a three-way catalytic converter in the exemplary embodiment. Furthermore, in the exhaust line 5 upstream and downstream of the catalytic converter 6, lambda probes are arranged as sensors 7a, 7b for determining the combustion air ratios λ up , λ down upstream and downstream of the catalytic converter 6.

Der Antrieb 1 des Ausführungsbeispiels ist als P2-Hybridelektroantrieb eines Kraftfahrzeugs 2 ausgebildet, d. h. er weist neben dem Verbrennungsmotor 3 einen Elektromotor 10 zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 2 auf. Der Elektromotor 10 ist trieblich mit dem Verbrennungsmotor 3 über die Kupplung 8a verbunden. Alternativ kann der Elektromotor 10 auch direkt mit dem Verbrennungsmotor 3 verbunden sein. Beide Kupplungen 8a, 8b sind als elektronisch betätigte Kupplungen ausgebildet.The drive 1 of the exemplary embodiment is designed as a P2 hybrid electric drive of a motor vehicle 2 , ie in addition to the internal combustion engine 3 it has an electric motor 10 for driving the motor vehicle 2 . The electric motor 10 is drivingly connected to the internal combustion engine 3 via the clutch 8a. Alternatively, the electric motor 10 also be directly connected to the internal combustion engine 3. Both clutches 8a, 8b are designed as electronically actuated clutches.

Ferner weist der Antrieb 1 eine Steuer- und/oder Regelungseinheit 11 auf, die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, Steuersignale zum Entkoppeln des Verbrennungsmotors 3 vom Antriebsstrang 9, zum Antreiben des Verbrennungsmotors 3 mit einer konstanten Drehzahl mittels des Elektromotors 10, zum Zuführen eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysators, zum Erzeugen eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs mittels Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 3, zum Zuführen des fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator 6 und zum Ausgleichen von Störmomenten aufgrund des Einspritzens des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 3 mittels des Elektromotors 10 auszugeben. Hierzu ist die Steuer- und/oder Regelungseinheit 11 signaltechnisch mit einer Einspritzanlage (nicht dargestellt) des Verbrennungsmotors 3, dem Elektromotor 10 und den Kupplungen 8a, 8b verbunden.The drive 1 also has a control and/or regulation unit 11 which is set up and designed to transmit control signals for decoupling the internal combustion engine 3 from the drive train 9, for driving the internal combustion engine 3 at a constant speed by means of the electric motor 10, for supplying a lean Fuel-air mixture to the catalytic converter, to generate a rich fuel-air mixture by injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine 3, to supply the rich fuel-air mixture to the catalytic converter 6 and to compensate for disturbance torques due to the injection of the fuel output into the combustion chamber of the internal combustion engine 3 by means of the electric motor 10 . For this purpose, the control and/or regulation unit 11 is connected in terms of signals to an injection system (not shown) of the internal combustion engine 3, the electric motor 10 and the clutches 8a, 8b.

Des Weiteren verfügt der Antrieb 1 über eine Verarbeitungseinheit 12, die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, die im Katalysator 6 speicherbare Sauerstoffmenge aus zeitlichen Verläufen der ermittelten Verbrennungsluftverhältnisse λauf, λab stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators 6 zu bestimmen. Dazu ist die Verarbeitungseinheit 12 signaltechnisch mit den beiden Sensoren 7a, 7b verbunden.In addition, the drive 1 has a processing unit 12 which is set up and designed to determine the amount of oxygen that can be stored in the catalytic converter 6 from time profiles of the determined combustion air ratios λ up , λ down upstream and downstream of the catalytic converter 6 . For this purpose, the processing unit 12 is connected to the two sensors 7a, 7b in terms of signals.

2 zeigt ein Diagramm, welches den zeitlichen Verlauf der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 3 während der Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität des Katalysators 6. Es ist die Motordrehzahl n über der Zeit t aufgetragen. Die Abhängigkeiten gemäß 2 können beispielsweise bei der Analyse der Sauerstoffkapazität des Antriebs 1 gemäß 1 beobachtet werden, sind jedoch nicht auf den in 1 dargestellten Antrieb 1 beschränkt. 2 shows a diagram showing the engine speed of the internal combustion engine 3 over time during the analysis of the oxygen storage capacity of the catalytic converter 6. The engine speed n is plotted over time t. The dependencies according to 2 can, for example, in the analysis of the oxygen capacity of the engine 1 according to 1 are observed, but are not on the in 1 Drive 1 shown limited.

Zu Beginn wird der Verbrennungsmotor 3 mit einer momentanen Motordrehzahl nm betrieben. Zum Zeitpunkt t1 wird ein Fahrpedal des Kraftfahrzeugs 2 vollständig entlastet und es wird die Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors 3 unterbrochen, indem ein entsprechendes Steuersignal an die Einspritzanlage des Verbrennungsmotors 3 durch die Steuer- und/oder Regelungseinheit 11 ausgegeben wird.At the beginning, the internal combustion engine 3 is operated at an instantaneous engine speed n m . At time t 1 an accelerator pedal of motor vehicle 2 is completely relieved and the fuel supply to internal combustion engine 3 is interrupted by a corresponding control signal being output to the injection system of internal combustion engine 3 by control and/or regulating unit 11 .

Die durchgezogene Kurve A stellt zum Vergleich einen Motordrehzahlverlauf gemäß dem Stand der Technik eines im Schubbetrieb betriebenen Verbrennungsmotors eines konventionellen Antriebs, der ausschließlich einen Verbrennungsmotor aufweist, oder eines Mikro-Hybridelektroantriebs dar. Der Verbrennungsmotor ist an den Antriebstrang des jeweiligen Antriebs gekoppelt und wird hierdurch mitgeschleppt. Zum Zeitpunkt t5 wird der Verbrennungsmotor von dem Antriebstrang des jeweiligen Antriebs durch den Fahrer entkoppelt. Anschließend fällt die Motordrehzahl auf eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl nL ab und wird mittels eines Leerlaufreglers auf der Leerlaufdrehzahl nL gehalten. Erfolgt keine weitere Drehzahlanforderung, wird der Verbrennungsmotor nach einer vorgegebenen Zeit vollständig abgeschaltet, so dass die Motordrehzahl auf null abfällt. Hierzu ist der jeweilige Antrieb mit einer Start-Stopp-Automatik ausgestattet.For comparison, the solid curve A represents an engine speed curve according to the prior art of an internal combustion engine operated in overrun mode of a conventional drive, which only has an internal combustion engine, or a micro-hybrid electric drive. The internal combustion engine is coupled to the drive train of the respective drive and is thereby dragged along . At time t 5 the internal combustion engine is decoupled from the drive train of the respective drive by the driver. The engine speed then falls to a specified idle speed n L and is maintained at idle speed n L by means of an idle controller. If there is no further speed request, the combustion engine is switched off completely after a specified time, so that the engine speed drops to zero. For this purpose, the respective drive is equipped with an automatic start-stop system.

Die gestrichelte Kurve B stellt einen Motordrehzahlverlauf eines Verbrennungsmotors mit einer elektronischen Kupplung und einer Schubbetriebsstrategie dar. Zum Zeitpunkt t1 wird im Vergleich zum vorstehend beschriebenen Beispiel zusätzlich der Verbrennungsmotor des Antriebs von dem Antriebstrang des Antriebs entkoppelt. Anschließend befindet sich der Verbrennungsmotor in einem „freien Fall“, in dem die Motordrehzahl schneller abfällt. Die Motordrehzahl kann entweder bis auf null (Zeitpunkt t4, Kurve B1) oder bis auf die Leerlaufdrehzahl nL (Kurve B2) abfallen. Anschließend kann die Motordrehzahl durch einen Leerlaufregler auf die Leerlaufdrehzahl nL geregelt werden oder im Rahmen einer Start-Stopp-Automatik auf null abfallen (Kurve B2').The dashed curve B represents an engine speed profile of an internal combustion engine with an electronic clutch and an overrun strategy. At time t 1 , in comparison to the example described above, the internal combustion engine of the drive is additionally decoupled from the drive train of the drive. The internal combustion engine is then in a "free fall" in which the engine speed drops more rapidly. The engine speed can drop either to zero (time t 4 , curve B1) or to the idling speed n L (curve B2). The engine speed can then be regulated to the idle speed n L by an idle controller or drop to zero as part of an automatic start-stop system (curve B2′).

Die strichpunktierte Kurve C zeigt den Motordrehzahlverlauf während eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Analyse der Sauerstoffkapazität des Katalysators 6. Nach oder zeitgleich mit der Unterbrechung der Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors 3 wird der Verbrennungsmotor 3 durch Lösen der Kupplung 8b vom Antriebsstrang 9 entkoppelt und ab dem Zeitpunkt t3 mittels des Elektromotors 10 mit einer vorgegebenen Verbrennungsmotordrehzahl nv angetrieben. Im Ausführungsbeispiel ist die Verbrennungsmotordrehzahl nv größer als die Leerlaufdrehzahl nL. Die Kraftstoffzufuhr wird durch Ausgabe eines entsprechenden Steuersignals von der Steuer- und/oder Regelungseinheit 11 an die Einspritzanlage des Verbrennungsmotors 3 unterbrochen.The dot-dash curve C shows the engine speed profile during a method according to the invention for analyzing the oxygen capacity of the catalytic converter 6. After or at the same time as the fuel supply to the internal combustion engine 3 is interrupted, the internal combustion engine 3 is decoupled from the drive train 9 by releasing the clutch 8b and from time t 3 by means of of the electric motor 10 driven at a predetermined engine speed n v . In the exemplary embodiment, the internal combustion engine speed n v is greater than the idle speed n L . The fuel supply is interrupted by the output of a corresponding control signal from the control and/or regulation unit 11 to the injection system of the internal combustion engine 3 .

Ab dem Zeitpunkt t5 wird der Verbrennungsmotor 3 nicht mehr mittels des Elektromotors 10 angetrieben, so dass die Motordrehzahl entweder auf null (Kurve C1) oder auf die Leerlaufdrehzahl nL abfällt und mittels eines Leerlaufreglers auf der Leerlaufdrehzahl nL gehalten werden kann (Kurve C2). Der Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t2 und t5 steht zur Durchführung der Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität zur Verfügung. Die Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität wird während eines Freirollens des Kraftfahrzeugs 2 durchgeführt.From time t 5 onwards, the internal combustion engine 3 is no longer driven by the electric motor 10, so that the engine speed drops either to zero (curve C1) or to the idling speed n L and can be maintained at the idling speed n L by means of an idling controller (curve C2 ). The time period between times t 2 and t 5 is available for performing the oxygen storage capacity analysis. The analysis of the oxygen storage capacity is carried out while the motor vehicle 2 is coasting.

Zur Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität wird dem Katalysator ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zugeführt, bis anhand der Verbrennungsluftverhältnisse λauf, λab stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators 6 ein vollständiges Beladen des Katalysators 6 mit Sauerstoff festgestellt werden kann. Anschließend wird ein Steuersignal von der Steuer- und/oder Regelungseinheit 11 an die Einspritzanlage des Verbrennungsmotors 3 ausgegeben, um die Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsraum wiederherzustellen, so dass ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch entsteht, welches als Abgasstrom 5 dem Katalysator 6 zugeführt wird.To analyze the oxygen storage capacity, the catalytic converter is supplied with a lean fuel-air mixture until the combustion air ratios λ up , λ down upstream and downstream of the catalytic converter 6 can be used to determine that the catalytic converter 6 is completely loaded with oxygen. A control signal is then output from the control and/or regulation unit 11 to the injection system of the internal combustion engine 3 in order to restore the fuel supply to the combustion chamber so that a rich fuel-air mixture is produced, which is supplied to the catalytic converter 6 as an exhaust gas flow 5 .

Die Verbrennungsluftverhältnisse λauf, λab stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators 6 werden weiterhin mittels der Sensoren 7a, 7b ermittelt und an die Verarbeitungseinheit 12 übertragen, die aus den ermittelten zeitlichen Verläufen der Verbrennungsluftverhältnisse λauf λab die im Katalysator 6 speicherbare Sauerstoffmenge bestimmt. Optional können mehrere Mager-Fett-Zyklen nacheinander ausgeführt werden. Störmomente aufgrund des Einspritzens des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors 3 werden mittels des Elektromotors 10 ausgeglichen.The combustion air ratios λ up , λ down upstream and downstream of the catalytic converter 6 are also determined by means of the sensors 7a, 7b and transmitted to the processing unit 12, which determines the amount of oxygen that can be stored in the catalytic converter 6 from the determined time profiles of the combustion air ratios λ up λ down . Optionally, several lean-rich cycles can be executed one after the other. Disturbing torques due to the injection of fuel into the combustion chamber of internal combustion engine 3 are compensated for by electric motor 10 .

BezugszeichenlisteReference List

11
Antriebdrive
22
Kraftfahrzeugmotor vehicle
33
Verbrennungsmotorcombustion engine
44
Abgasstrangexhaust line
55
Abgasstromexhaust flow
66
Katalysatorcatalyst
7a, 7b7a, 7b
Sensorsensor
8a, 8b8a, 8b
Kupplungcoupling
99
Antriebsstrangpowertrain
1010
Elektromotorelectric motor
1111
Steuer- und/oder RegelungseinheitControl and/or regulation unit
1212
Verarbeitungseinheitprocessing unit
1313
Ansaugstrang intake manifold
AA
Drehzahlverlauf (konventionell; Mikro-Hybrid)Speed curve (conventional; micro-hybrid)
BB
Drehzahlverlauf (Mild- oder Full-Hybrid)Speed curve (mild or full hybrid)
CC
Drehzahlverlauf (erfindungsgemäß)Speed curve (according to the invention)
nn
Motordrehzahlengine speed
nLnL
Leerlaufdrehzahlidle speed
nmnm
momentane Motordrehzahlcurrent engine speed
nvnot applicable
vorgegebene Verbrennungsmotordrehzahlspecified engine speed
tt
Zeittime
t1t1
Zeitpunkt (Fahrpedalentlastung; Kraftstoffabschaltung)Time (accelerator pedal relief; fuel cut-off)
t2t2
Zeitpunkt (Beginn vorgegebener Zeitraum)Time (start of specified period)
t3t3
Zeitpunkt (Start Antrieb Verbrennungsmotors durch Elektromotor)Time (start of combustion engine drive by electric motor)
t4t4
Zeitpunkt (Motordrehzahl Null bei Mild- oder Full-Hybrid)Time (zero engine speed for mild or full hybrid)
t5t5
Zeitpunkt (Ende Antrieb Verbrennungsmotors durch Elektromotor) Time (end of combustion engine drive by electric motor)
λλ
Verbrennungsluftverhältniscombustion air ratio
λaufλon
Verbrennungsluftverhältnis stromaufwärts des KatalysatorsCombustion air ratio upstream of the catalyst
λabλab
Verbrennungsluftverhältnis stromabwärts des KatalysatorsCombustion air ratio downstream of the catalyst

Claims (9)

Verfahren zur Analyse der Sauerstoffspeicherkapazität eines in einem Abgasstrang (4) eines Verbrennungsmotors (3) angeordneten Katalysators (6), aufweisend: - Entkoppeln des Verbrennungsmotors (3) von einem Antriebsstrang (9), - Antreiben des Verbrennungsmotors (3) mit einer konstanten Drehzahl mittels eines Elektromotors (10), - Zuführen eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator (6) bis zum vollständigen Beladen des Katalysators (6) mit Sauerstoff, - Zuführen eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator (6), - Ermitteln von zeitlichen Verläufen von Verbrennungsluftverhältnissen (λauf, λab) stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators (6) und - Bestimmen der im Katalysator (6) speicherbaren Sauerstoffmenge aus den ermittelten zeitlichen Verläufen der Verbrennungsluftverhältnisse (λauf, λab), wobei das fette Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors (3) erzeugt wird und wobei der Elektromotor (10) Störmomente aufgrund des Einspritzens des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors (3) ausgleicht.Method for analyzing the oxygen storage capacity of a catalytic converter (6) arranged in an exhaust system (4) of an internal combustion engine (3), comprising: - decoupling the internal combustion engine (3) from a drive train (9), - driving the internal combustion engine (3) at a constant speed by means of an electric motor (10), - supplying a lean fuel-air mixture to the catalytic converter (6) until the catalytic converter (6) is completely loaded with oxygen, - supplying a rich fuel-air mixture to the catalytic converter (6), - determining of combustion air ratios over time (λ up , λ down ) upstream and downstream of the catalytic converter (6) and - determining the amount of oxygen that can be stored in the catalytic converter (6) from the determined combustion air ratios over time (λ up , λ down ), the rich fuel -Air mixture is generated by injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine (3) and wherein the electric motor gate (10) compensates for disturbance torques due to the injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine (3). Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Antriebsstrang (9) als Hybridelektroantriebsstrang ausgebildet ist und der Elektromotor (10) eine Elektromaschine des Hybridelektroantriebsstrangs ist.procedure after claim 2 , wherein the drive train (9) is designed as a hybrid electric drive train and the electric motor (10) is an electric machine of the hybrid electric drive train. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor (3) mittels einer elektronisch betätigten Kupplung (8b) vom Antriebsstrang entkoppelt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the internal combustion engine (3) with is decoupled from the drive train by means of an electronically actuated clutch (8b). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei mehrfach abwechselnd ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch und ein fettes Kraftstoff-Luft-Gemisch dem Katalysator (6) zugeführt werden.Method according to one of the preceding claims, in which a lean fuel-air mixture and a rich fuel-air mixture are supplied to the catalytic converter (6) in alternation several times. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch mittels Unterbrechen der Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor (3) erzeugt wird.Method according to one of the preceding claims, in which the lean fuel-air mixture is produced by cutting off the fuel supply to the internal combustion engine (3). Antrieb (1) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend: - einen Verbrennungsmotor (3) mit einem sich an den Verbrennungsmotor (3) anschließenden Abgasstrang (4) zur Aufnahme eines von dem Verbrennungsmotor (3) erzeugten Abgasstroms (5), - einen in dem Abgasstrang (4) angeordneten Katalysator (6), - einen stromaufwärts des Katalysators (6) im Abgasstrang (4) angeordneten Sensor (7a) zur Ermittlung des Verbrennungsluftverhältnisses (λauf), - einen stromabwärts des Katalysators (6) im Abgasstrang (4) angeordneten Sensor (7b) zur Ermittlung des Verbrennungsluftverhältnisses (λab), - eine Kupplung (8a) zur Verbindung des Verbrennungsmotors (3) mit einem Antriebsstrang (9), - einen Elektromotor (10), der trieblich mit dem Verbrennungsmotor (3) verbindbar ist und - eine Steuer- und/oder Regelungseinheit (11), die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, Steuersignale zum Entkoppeln des Verbrennungsmotors (3) vom Antriebsstrang (9), zum Antreiben des Verbrennungsmotors (3) mit einer konstanten Drehzahl mittels des Elektromotors (10), zum Zuführen eines mageren Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator (6), zum Erzeugen eines fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs mittels Einspritzen von Kraftstoff in einen Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors (3), zum Zuführen des fetten Kraftstoff-Luft-Gemischs zum Katalysator (6) und zum Ausgleichen von Störmomenten aufgrund des Einspritzens des Kraftstoffs in den Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors (3) mittels des Elektromotors (10) auszugeben.Drive (1) for a motor vehicle (2), comprising: - an internal combustion engine (3) with an exhaust line (4) connected to the internal combustion engine (3) for receiving an exhaust gas stream (5) generated by the internal combustion engine (3), a catalytic converter (6) arranged in the exhaust system (4), - a sensor (7a) arranged upstream of the catalytic converter (6) in the exhaust system (4) for determining the air/fuel ratio (λ auf ), - a sensor (7a) downstream of the catalytic converter (6) in the exhaust system ( 4) arranged sensor (7b) for determining the air/fuel ratio (λ ab ), - a clutch (8a) for connecting the internal combustion engine (3) to a drive train (9), - an electric motor (10) which drives the internal combustion engine (3rd ) can be connected and - a control and/or regulation unit (11) which is set up and designed to transmit control signals for decoupling the internal combustion engine (3) from the drive train (9), for driving the internal combustion engine (3) with a constant Dr speed by means of the electric motor (10), for supplying a lean fuel-air mixture to the catalytic converter (6), for generating a rich fuel-air mixture by injecting fuel into a combustion chamber of the internal combustion engine (3), for supplying the rich fuel -Air mixture to the catalytic converter (6) and to compensate for disturbance torques due to the injection of fuel into the combustion chamber of the internal combustion engine (3) by means of the electric motor (10). Antrieb (1) nach Anspruch 6, weiterhin aufweisend: - eine Verarbeitungseinheit (12), die dazu eingerichtet und ausgebildet ist, die im Katalysator (6) speicherbare Sauerstoffmenge aus zeitlichen Verläufen der ermittelten Verbrennungsluftverhältnisse (λauf, Aab) stromaufwärts und stromabwärts des Katalysators (6) zu bestimmen.Drive (1) after claim 6 , further comprising: - a processing unit (12) which is set up and designed to determine the amount of oxygen that can be stored in the catalytic converter (6) from the time profiles of the determined combustion air ratios (λ up , A down ) upstream and downstream of the catalytic converter (6). Antrieb (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei der Katalysator (6) als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist.Drive (1) after claim 6 or 7 , wherein the catalyst (6) is designed as a three-way catalyst. Antrieb (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Antrieb (1) als Hybridelektroantrieb ausgebildet ist und der Elektromotor (10) eine Elektromaschine des Hybridelektroantriebs ist.Drive (1) according to one of Claims 6 until 8th , wherein the drive (1) is designed as a hybrid electric drive and the electric motor (10) is an electric machine of the hybrid electric drive.
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