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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und eine als Fahrzeugkatalysator ausgestaltete Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, wobei mittels eines Katalysatormodells zumindest zeitweise aus einem stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Eingangsgehalt wenigsten einer Abgaskomponente des Abgases ein stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegender Ausgangsgehalt der mindestens einen Abgaskomponente unter Verwendung einer Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt wird, wobei bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts zusätzlich ein zeitlicher Verlauf eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas berücksichtigt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogrammprodukt.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2013 010 562 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen einer HC-Konvertierungsfähigkeit eines in einem Abgasströmungsweg eines Verbrennungsmotors angeordneten und zur Konvertierung von Kohlenwasserstoffen ausgelegten Katalysators mittels eines im Abgasströmungsweg dem Katalysator nachgeschalteten sauerstoffempfindlichen Sensors, der eine Querempfindlichkeit gegenüber Kohlenwasserstoffen aufweist. Das Verfahren umfasst die Schritte: Erfassen eines ersten Signals des nachgeschalteten Sensors in einer ersten Situation, in welcher im Abgas stromaufwärts des Katalysators ein erster HC-Anteil vorliegt, Erfassen eines zweiten Signals des nachgeschalteten Sensors in einer zweiten Situation, in welcher im Abgas stromaufwärts des Katalysators ein zweiter HC-Anteil vorliegt, der höher als der erste HC-Anteil ist, und Bestimmen der HC-Konvertierungsfähigkeit des Katalysators in Abhängigkeit des ersten und zweiten Signals des nachgeschalteten Sensors.
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Die Druckschrift
DE 100 08 563 A1 betrifft eine Diagnose eines NO
X-Speicherkatalysators, der in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors angeordnet und in Abhängigkeit vom Lambdawert in einem Absorptions- und in einem Regenerationsmodus betreibbar ist, wobei die NO
X-Konzentration im Abgas stromabwärts des NO
X-Speicherkatalysators gemessen wird. Dabei ist vorgesehen, dass bei einem Übergang des NO
X-Speicherkatalysators vom Absorptionsmodus zum Regenerationsmodus die Werte von charakteristischen Merkmalen eines NO
X-Desorptionspeaks im zeitlichen Verlauf der NO
X-Konzentration ermittelt, mit vorgegebenen Prüfmustern verglichen, ein Vergleichsergebnis gebildet und ein in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis gebildetes Katalysator-Zustandssignal, insbesondere ein Fehlersignal, gespeichert und/oder angezeigt wird.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts eine höhere Genauigkeit erreicht.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass aus dem zeitlichen Verlauf ein Einflussfaktor eines Katalysatorgifts auf die Abgasnachbehandlungseinrichtung berechnet und bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts berücksichtigt wird.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Beschreibung erläuterten Ausführungsbeispiele nicht beschränkend sind; vielmehr sind beliebige Variationen der in der Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Figuren offenbarten Merkmale realisierbar.
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Das Verfahren ist zum Betreiben der Antriebseinrichtung vorgesehen. Die Antriebseinrichtung dient einem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments weist die Antriebsrichtung das Antriebsaggregat auf. Das Antriebsaggregat liegt vorzugsweise als Brennkraftmaschine vor, insbesondere als Otto-Brennkraftmaschine oder als Diesel-Brennkraftmaschine. Dem Antriebsaggregat werden während eines Betriebs der Antriebseinrichtung zumindest zeitweise Kraftstoff und Frischgas zugeführt, wobei das Frischgas zumindest zeitweise Frischluft enthält. Zusätzlich kann das Frischgas Abgas aufweisen, sofern eine Abgasrückführung realisiert ist, bei welcher das von dem Antriebsaggregat erzeugte Abgas zumindest teilweise wieder in das Antriebsaggregat zurückgeführt wird, nämlich als Bestandteil des Frischgases. Der Kraftstoff und das Frischgas, die dem Antriebsaggregat zugeführt werden, bilden ein Kraftstoff-Frischgas-Gemisch mit einer bestimmten Zusammensetzung, das in dem Antriebsaggregat zur Reaktion gebracht wird.
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Während des Betriebs des Antriebsaggregats fällt aufgrund der chemischen Reaktion von Kraftstoff und Frischgas miteinander Abgas an, welches in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs abgeführt wird. Da in dem von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgas Schadstoffe enthalten sind, wird das Abgas vor dem Entlassen in die Außenumgebung zunächst der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt. In der Abgasnachbehandlungseinrichtung werden die Schadstoffe zumindest teilweise in ungefährlichere Produkte umgesetzt. Erst nach dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird das Abgas in die Außenumgebung abgeführt, insbesondere durch ein Endrohr der der Antriebseinrichtung.
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Die Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt als Fahrzeugkatalysator vor, insbesondere als Drei-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, NOx-Speicherkatalysator oder SCR-Katalysator oder weist einen solchen zumindest auf. Besonders bevorzugt ist der Fahrzeugkatalysator in einen Partikelfilter integriert, insbesondere in einen Otto-Partikelfilter oder einen Diesel-Partikelfilter. Hierzu ist zum Beispiel der Partikelfilter mit einer katalytischen Beschichtung versehen. Eine Umwandlungsrate und damit die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, mit welcher die Schadstoffe in die ungefährlicheren Produkte umgesetzt werden, hängen insbesondere von der Zusammensetzung des der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführten Abgases sowie der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ab.
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Zusätzlich kann die Umwandlungsrate beziehungsweise die Konvertierungsleistung von einer Speicherbeladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung abhängen, welche wiederum in Zusammenhang mit der Zusammensetzung des Abgases steht. Unter der Speicherbeladung ist eine Beladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer Abgaskomponente des Abgases zu verstehen, also die Menge der in der Abgasnachbehandlungseinrichtung zwischengespeichert Abgaskomponente. Diese Abgaskomponente ist vorzugsweise von der wenigstens einen Abgaskomponente verschieden, beispielsweise liegt sie in Form von Sauerstoff vor. Zusätzlich oder alternativ beeinflusst üblicherweise ein Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung die Umwandlungsrate und damit die Konvertierungsleistung. Unter dem Zustand ist insbesondere ein Alterungszustand zu verstehen, der über die Lebensdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung hinweg stetig schlechter wird und vorzugsweise von einer der der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeordneten Alterungsgröße beschrieben wird.
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Der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung kann beispielsweise ermittelt werden, in dem zunächst die Speicherkapazität, insbesondere die Sauerstoffspeicherkapazität, der Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmt wird. Aus dieser wird bevorzugt der Zustand abgeleitet beziehungsweise die Alterungsgröße bestimmt. Vorzugsweise wird auf einen Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung erkannt, sobald die Speicherkapazität einen Kapazitätsschwellenwert unterschreitet. Entsprechend kann es vorgesehen sein, die Antriebseinrichtung in Abhängigkeit von der Speicherkapazität und/oder der Alterungsgröße zu betreiben.
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Die Bestandteile des von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgases werden auch als Rohemissionen bezeichnet. Die Rohemissionen beschreiben insoweit die Zusammensetzung des Abgases stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die in dem Abgas enthaltenen Stoffe werden bei dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch das Abgas teilweise umgewandelt, sodass sich die Zusammensetzung des Abgases ändert. Die stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgas vorliegenden Stoffe, aus welchen sich das Abgas zusammensetzt, werden auch als Endrohremissionen bezeichnet, da das Abgas mit dieser Zusammensetzung durch das Endrohr der Antriebseinrichtung in die Außenumgebung entlassen wird.
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Die Menge der in den Endrohremissionen enthaltenen Schadstoffe hängt, wie bereits erwähnt, von den Rohemissionen ab, zusätzlich jedoch auch von der Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Diese ist unter anderem temperaturabhängig. Insbesondere ist die Konvertierungsleistung umso niedriger, je weiter eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung von der Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung beabstandet ist, je größer also ein Absolutwert der Differenz zwischen den Temperaturen ist. Unter der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist insbesondere eine Temperatur eines keramischen Wabenkörpers zu verstehen, welcher mit der katalytischen Beschichtung versehen ist.
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Aufgrund der stetig strenger werdenden Vorschriften für die Abgasemissionen müssen diese immer genauer überwacht werden. Da nicht der Gehalt aller Abgaskomponenten des Abgases gemessen werden beziehungsweise nicht für jede Abgaskomponente ein Sensor vorhanden sein kann, wird das Katalysatormodell verwendet, um für die wenigstens eine Abgaskomponente aus dem Eingangsgehalt den Ausgangsgehalt zu berechnen, insbesondere unter Verwendung der Konvertierungsleistung. Hierbei greift das Katalysatormodell zumindest auf die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung zurück.
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Sofern im Rahmen dieser Beschreibung die Rede von der Abgaskomponente oder der wenigstens einen Abgaskomponente ist, so sind die Ausführungen stets äquivalent. Alle auf die Abgaskomponente gerichteten Ausführungen sind folglich auf die wenigstens eine Abgaskomponente und umgekehrt übertragbar. Der Eingangsgehalt und der Ausgangsgehalt sind Gehaltsangaben beziehungsweise Gehaltsgrößen und geben jeweils den Gehalt der Abgaskomponente an dem Abgas an. Die Gehaltsangaben liegen beispielsweise als Massenanteile, Stoffmengenanteile oder Volumenanteile vor. Sie können jedoch auch als Massenkonzentrationen, Stoffmengenkonzentrationen oder Volumenkonzentrationen angegeben sein.
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Bei Untersuchungen der Anmelderin hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass eine deutliche Verbesserung des Katalysatormodells erzielt werden kann, sofern zusätzlich zu der Temperatur auch der zeitliche Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas berücksichtigt wird. Wurde das Antriebsaggregat bislang mit einem fetten Kraftstoff-Frischgas-Gemisch betrieben, so soll das Katalysatormodell bei identischem Eingangsgehalt einen anderen Wert für den Ausgangsgehalt liefern als nach einem Betreiben des Antriebsaggregats mit einem mageren Kraftstoff-Frischgas-Gemisch.
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Bei einem Betreiben des Antriebsaggregats mit einem fetten Kraftstoff-Frischgas-Gemisch, also bei Sauerstoffmangel, wird Kohlenstoffmonoxid in die Abgasnachbehandlungseinrichtung eingetragen, welches sich reversibel in diesem anreichert, sodass eine Kohlenstoffmonoxidvergiftung der Abgasnachbehandlungseinrichtung auftritt. Dies gilt insbesondere für ein in der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendetes Edelmetall, insbesondere Platin und/oder Palladium. Bei in der Abgasnachbehandlungseinrichtung angereichertem Kohlenstoffmonoxid sinkt die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung für Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenwasserstoff deutlich ab, insbesondere während eines Betreibens des Antriebsaggregats mit dem fetten Kraftstoff-Frischgas-Gemisch. Durch das Berücksichtigen dieses Effekts in dem Katalysatormodell kann der Ausgangsgehalt der wenigstens einen Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
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Vorzugsweise ist es vorgesehen, den mithilfe des Katalysatormodells ermittelten Ausgangsgehalt zu überwachen und bei Überschreiten eines Schwellenwerts durch den Ausgangsgehalt auf eine Fehlfunktion der Antriebseinrichtung zu erkennen. Alternativ kann es vorgesehen sein, anhand des Ausgangsgehalts eine Menge der Abgaskomponente stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu bestimmen und zu kumulieren. Beispielsweise wird bei einem Überschreiten eines Grenzwerts durch die auf eine von dem Kraftfahrzeug zurückgelegte Fahrstrecke bezogene kumulierte Menge der Abgaskomponente auf die Fehlfunktion der Antriebsrichtung erkannt. Unter der Menge ist insbesondere eine Masse oder ein Volumen der Abgaskomponente zu verstehen.
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Wird auf die Fehlfunktion erkannt, so wird bevorzugt ein Fehlerbetrieb der Antriebseinrichtung eingeleitet, insbesondere die Antriebseinrichtung derart betrieben, dass trotz der Fehlfunktion der Ausgangsgehalt kleiner ist als der Schwellenwert beziehungsweise die auf die Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs bezogene kumulierte Menge in einem zulässigen Bereich liegt. Allgemein ausgedrückt wird die Antriebseinrichtung also in Abhängigkeit von dem Ausgangsgehalt betrieben beziehungsweise das Antriebsaggregat in Abhängigkeit von dem Ausgangsgehalt angesteuert. Hierdurch ist ein zuverlässiges Einhalten von Grenzwerten für die Abgasemission des Kraftfahrzeugs gegeben.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere Werte des Verbrennungsluftverhältnisses zeitlich beabstandet mittels einer Lambdasonde gemessen und in dem Verlauf hinterlegt werden. Die Lambdasonde ist vorzugsweise stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, sodass sie das Verbrennungsluftverhältnis in dem Abgas stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt. Es werden mehrere Werte des Verbrennungsluftverhältnisses gemessen, nämlich zeitlich beabstandet, insbesondere in regelmäßigen Abständen. Die Werte werden in den Verlauf eingeschrieben.
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Die Lambdasonde misst vorzugsweise einen Restsauerstoffgehalt in dem Abgas und ermittelt aus diesem das Verbrennungsluftverhältnis. Es kann vorgesehen sein, dass das mittels der Lambdasonde ermittelte Verbrennungsluftverhältnis als Grundlage zum Einstellen der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs dient. Insbesondere ist es vorgesehen, die Zusammensetzung derart einzustellen, dass das Verbrennungsluftverhältnis sich in Richtung eines Sollwerts verändert, insbesondere bis auf den Sollwert. Beispielsweise wird das Verbrennungsverhältnis durch Einstellen der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs auf den Sollwert geregelt.
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Vorzugsweise liegen mehrere Lambdasonden vor, nämlich stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine erste Lambdasonde zum Messen eines ersten Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas und eine zweite Lambdasonde zum Messen eines zweiten Verbandsluftverhältnisses in dem Abgas. Bevorzugt liegen also mehrere Lambdasonden vor, insbesondere ist die erste Lambdasonde stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung und die zweite Lambdasonde stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Als die vorstehend erwähnte Lambdasonde wird insbesondere die erste Lambdasonde verwendet.
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Die erste Lambdasonde dient dem Ermitteln des ersten Verbrennungsluftverhältnisses und die zweite Lambdasonde dem Ermitteln des zweiten Verbrennungsluftverhältnisses. Das erste Verbrennungsverhältnis entspricht einem Verbrennungsluftverhältnis in dem Abgas stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung, also strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Das zweite Verbrennungsverhältnis ist ein stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgas vorliegendes Verbrennungsluftverhältnis.
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Die beiden Verbrennungsluftverhältnis, also das erste Verbrennungsverhältnis und das zweite Verbrennungsluftverhältnis, werden vorzugsweise zum Betreiben der Antriebseinrichtung herangezogen. Beispielsweise werden sie zum Durchführen einer Lambdaregelung verwendet. Hierbei wird insbesondere die Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs anhand des ersten Verbrennungsluftverhältnisses eingestellt, wohingegen das zweite Verbrennungsluftverhältnis zur Korrektur des ersten Verbandsluftverhältnisses im Rahmen einer Trimmregelung verwendet wird. Letztlich erfolgt die Lambdaregelung also auf Grundlage sowohl des ersten Verbrennungsluftverhältnisses als auch des zweiten Verbrennungsluftverhältnisses.
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Bevorzugt liegt die erste Lambdasonde als Breitbandlambdasonde und die zweite Lambdasonde als Sprunglambdasonde vor. Die Breitbandlambdasonde ermöglicht das Erfassen des Restsauerstoffgehalts beziehungsweise des entsprechenden Verbrennungsluftverhältnisses über einen weiteren Messbereich hinweg als die Sprunglambdasonde. Die Breitbandlambdasonde wird vorzugsweise zum Durchführen der bereits erwähnten Lambdaregelung und entsprechend zum Einstellen der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs verwendet, mit welchem das Antriebsaggregat betrieben wird.
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Die Sprunglambdasonde weist einen schmaleren Messbereich auf als die Breitbandlambdasonde, insbesondere wird sie (nur) für eine Erkennung eines Verbrennungsluftverhältnisses von λ = 1 herangezogen. Allerdings ist die Messgenauigkeit der Sprunglambdasonde höher als die der Breitbandlambdasonde. Abweichungen und Fehler der Breitbandlambdasonde werden vorzugsweise mithilfe der Trimmregelung beziehungsweise unter Verwendung der Sprunglambdasonde zumindest teilweise ausgeglichen. Hierdurch wird das Einstellen der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs mit hoher Genauigkeit realisiert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Verlauf Werte für das Verbrennungsluftverhältnis über einen Zeitraum von mindestens 1 s, mindestens 2 s oder mindestens 5 s umfasst. Der Verlauf umfasst insoweit historischer Werte für das Verbrennungsluftverhältnis, die ausgehend von von dem momentanen Zeitpunkt über den genannten Zeitraum in die Vergangenheit reichen. Der Zeitraum umfasst mindestens 1 s, mindestens 2 s oder mindestens 5 s. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Zeitraum größere Zeiträume umfasst, beispielsweise mindestens 10 s, mindestens 15 s oder mindestens 20 s. Bevorzugt ist der Zeitraum jedoch hinsichtlich seiner Länge begrenzt, insbesondere umfasst er höchstens 30 s, höchstens 25 s oder höchstens 20 s. Besonders bevorzugt ist ein Zeitraum für den Verlauf von mindestens 2 s und höchstens 10 s oder höchstens 5 s.
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Längere Zeiträume sind üblicherweise nicht notwendig, da weiter in der Vergangenheit liegende Werte für das Verbandsluftverhältnis keinen oder lediglich einen geringen Einfluss auf die Umwandlungsrate der Abgasnachbehandlungseinrichtung haben. Bevorzugt wird der Verlauf mithilfe eines FIFO-Speichers (FIFO: First In First Out) umgesetzt. Das bedeutet, dass der Verlauf lediglich eine bestimmte Anzahl an Werten für das Verbrennungsluftverhältnis beinhaltet und bei einem Hinterlegen des aktuellen Werts des Verbrennungsluftverhältnisses der älteste Wert aus dem Verlauf entfernt wird. Hierdurch ist ein effizientes Vorgehen bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts der wenigstens einen Abgaskomponente realisiert.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses in Abhängigkeit von der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung berücksichtigt wird. Die Temperatur findet insoweit nicht nur zum Ermitteln der Konvertierungsleistung direkt Anwendung, sondern fließt zusätzlich mittelbar über das Berücksichtigen des zeitlichen Verlaufs in sie beziehungsweise den Ausgangsgehalt ein. Insoweit wird die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts mehrfach herangezogen. Dies hat den Hintergrund, dass der beschriebene Effekt, dass der Ausgangsgehalt bei identischem Eingangsgehalt von dem zeitlichen Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses abhängt, mit steigender Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung abnimmt.
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Es kann beispielsweise vorgesehen sein, den Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts nur dann zu berücksichtigen, falls die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung kleiner ist als ein Schwellenwert. Ist die Temperatur hingegen gleich dem oder größer als der Schwellenwert, so wird der Ausgangsgehalt unabhängig von dem zeitlichen Verlauf ermittelt. Allgemeiner ausgedrückt ist es also vorgesehen, den Verlauf umso weniger bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts zu berücksichtigen, je höher die Temperatur ist. Hierdurch wird eine besonders hohe Genauigkeit bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts erzielt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses in Abhängigkeit von einem Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung berücksichtigt wird. Der Zustand ist insbesondere ein altersbedingter Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird beispielsweise von der bereits erwähnten Alterungsgröße beschrieben. Die Alterungsgröße beschreibt die Alterung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, also altersbedingte Einflüsse auf diese. Beispielsweise beschreibt die Alterungsgröße die Speicherfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung für die Abgaskomponente, eine von dieser verschiedene Abgaskomponente oder wird aus ihr bestimmt.
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Die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung hängt maßgeblich von dem Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung und mithin der Alterungsgröße ab, da die Konvertierungsleistung mit zunehmendem Alter aufgrund verschiedener Einflüsse abnimmt. Zudem wird die Ausprägung des Effekts, dass der Ausgangsgehalt bei identischem Eingangsgehalt von dem zeitlichen Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses abhängt mit zunehmendem Alter stärker. Insoweit ist es vorteilhaft, den zeitlichen Verlauf umso stärker zu berücksichtigen, je älter die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist. Folglich kann durch die Berücksichtigung der Alterungsgröße die Genauigkeit des Katalysatormodells deutlich verbessert werden.
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Die Erfindung sieht vor, dass aus dem zeitlichen Verlauf ein Einflussfaktor eines Katalysatorgifts auf die Abgasnachbehandlungseinrichtung berechnet und bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts berücksichtigt wird. Das Katalysatorgift ist beispielsweise die wenigstens eine Abgaskomponente, jedoch kann auch eine von dieser verschiedene Abgaskomponente als Katalysatorgift herangezogen werden. Unter dem Katalysatorgift ist eine Abgaskomponente zu verstehen, welche einen nachteiligen Einfluss auf die Umwandlungsrate beziehungsweise die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung hat und sich insbesondere in der Abgasnachbehandlungseinrichtung ansammelt. Der Einflussfaktor beschreibt den Einfluss des Katalysatorgifts auf die Umwandlungsrate beziehungsweise die Konvertierungsleistung und damit auf den Ausgangsgehalt der wenigstens einen Abgaskomponente.
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Der Einflussfaktor wird aus dem zeitlichen Verlauf ermittelt, beispielsweise indem anhand des zeitlichen Verlaufs eine Bilanzierung für das Katalysatorgift vorgenommen wird, insbesondere eine Bilanzierung der in der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Menge des Katalysatorgifts. Im Rahmen der Bilanzierung wird sowohl ein Eintrag als auch ein Austrag des Katalysatorgifts auf die Abgasnachbehandlungseinrichtung betrachtet. Der Eintrag erfolgt beispielsweise während eines Betriebs des Antriebsaggregats mit einem fetten Kraftstoff-Frischgas-Gemischs, wohingegen der Austrag bei dem Betreiben mit einem mageren Kraftstoff-Frischgas-Gemisch erfolgt. Der aus dem zeitlichen Verlauf berechnete Einflussfaktor wird bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts berücksichtigt, sodass der zeitliche Verlauf mittelbar über den Einflussfaktor Eingang findet. Mit mit der beschriebenen Vorgehensweise werden die bereits erläuterten Vorteile erzielt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Katalysatorgift die wenigstens eine Abgaskomponente oder eine von der wenigstens einen Abgaskomponente verschiedene Abgaskomponente verwendet wird. Auf eine solche Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Ausgangsgehalt unter Verwendung einer Konvertierungsleistung für die wenigstens eine Abgaskomponente aus dem Eingangsgehalt ermittelt wird, wobei die Konvertierungsleistung umso niedriger ist, je größer ein Anteil eines Sauerstoffmangel entsprechenden Verbrennungsluftverhältnisses an dem zeitlichen Verlauf ist. Der Ausgangsgehalt der wenigstens einen Ausgangskomponente liegt insoweit als Funktion aus dem Eingangsgehalt und der Konvertierungsleistung vor. Die Konvertierungsleistung wird zumindest anhand der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung und anhand des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt. Beispielsweise ist die Konvertierungsleistung ein Faktor, mit welchem der Eingangsgehalt zum Ermitteln des Ausgangsgehalts beaufschlagt wird.
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Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass die Konvertierungsleistung unter Verwendung der Temperatur und des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsluftverhältnisses aus einem Kennfeld ausgelesen wird. Zusätzlich kann bei dem Auslesen aus dem Kennfeld der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung berücksichtigt werden. Die Verwendung des Kennfelds ermöglicht eine besonders einfache Ermittlung des Ausgangsgehalts und kommt mit lediglich geringer Rechenleistung aus.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebsrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Antriebseinrichtung über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und eine als Fahrzeugkatalysator ausgestaltete Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases verfügt und dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, mittels eines Katalysatormodells zumindest zeitweise aus einem stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Eingangsgehalt wenigstens einer Abgaskomponente des Abgases einen stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Ausgangsgehalt der wenigsten einen Abgaskomponente unter Verwendung einer Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu ermitteln. Dabei ist die Antriebsrichtung weiter dazu vorgesehen und ausgestaltet, bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts zusätzlich einen zeitlichen Verlauf eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas zu berücksichtigen. Die Antriebsrichtung ist weiter dazu vorgesehen und ausgestaltet, aus dem zeitlichen Verlauf ein Einflussfaktor eines Katalysatorgifts auf die Abgasnachbehandlungseinrichtung zu berechnen und bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts zu berücksichtigen.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebsrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Antriebseinrichtung gemäß den Ausführungen dieser Beschreibung das erläuterte Verfahren ausführt. Hinsichtlich der Vorteile und möglicher vorteilhafter Weiterbildungen wird in Gänze auf die Beschreibung verwiesen.
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Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, sowie
- 2 mehrere Diagramme, in welchen eine Konvertierungsleistung einer Abgasnachbehandlungseinrichtung der Antriebseinrichtung in unterschiedlichen Situationen über einem Verbrennungsluftverhältnis aufgetragen ist.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, die über ein Antriebsaggregat 2, welches hier in Form einer Brennkraftmaschine vorliegt, sowie einen Abgastrakt 3 verfügt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Antriebsaggregat 2 mehrere Zylinder 4 mit jeweils einem Brennraum auf. Jeder der Zylinder 4 verfügt über wenigstens ein Einlassventil 5 und wenigstens ein Auslassventil 6. Über jedes der Einlassventile 5 kann dem jeweiligen Zylinder 4 Frischgas aus einem Frischgastrakt 7 zugeführt werden, wohingegen durch jedes der Auslassventile 6 Abgas aus dem entsprechenden Zylinder 4 abgeführt werden kann, nämlich in Richtung des Abgastrakts 3.
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Das Frischgas wird an den Einlassventilen 5 mittels eines Verdichters 8 bereitgestellt, welcher Teil eines Abgasturboladers 9 ist. Zusätzlich zu dem Verdichter 8 weist der Abgasturbolader 9 eine Turbine 10 auf, welche über eine Abgasleitung 11, die Bestandteil des Abgastrakts 3 ist, an die Auslassventile 6 strömungstechnisch angeschlossen ist. Stromabwärts der Turbine 10 liegt eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 vor, welche hier als Fahrzeugkatalysator ausgestaltet ist. Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 mündet der Abgastrakt 3, beispielsweise über ein Endrohr, in eine Außenumgebung der Antriebseinrichtung 1 ein. Es sei darauf hingewiesen, dass der Abgasturbolader 9 rein optional ist. Er kann entsprechend auch entfallen.
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Stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 liegt eine erste Lambdasonde 13 vor, um an dieser Stelle einen ersten Restsauerstoffgehalt und entsprechend ein erstes Verbrennungsluftverhältnis des Abgases zu bestimmen. Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 dient eine zweite Lambdasonde 14 dem Bestimmen eines zweiten Restsauerstoffgehalts und entsprechend eines zweiten Verbrennungsluftverhältnisses des Abgases.
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Die 2 zeigt in vier Diagrammen jeweils mehrere Verläufe 15, 16, 17, 18, 19 und 20. Die Verläufe 15 bis 20 zeigen jeweils eine Konvertierungsleistung für eine von mehreren Abgaskomponente. Der Verlauf 15 beschreibt die Konvertierungsleistung für Kohlenstoffmonoxid, der Verlauf 16 die Konvertierungsleistung für Kohlenwasserstoff, der Verlauf 17 die Konvertierungsleistung für Ammoniak, der Verlauf 18 die Konvertierungsleistung für molekularem Wasserstoff, der Verlauf 19 die Konvertierungsleistung für Stickstoffmonoxid und der Verlauf 20 die Konvertierungsleistung für molekularen Sauerstoff, jeweils über ein Verbrennungsluftverhältnis, nämlich in einem Bereich von 0,9 ≤ λ ≤ 1,1. Die Konvertierungsleistung dient zum Ermitteln eines Ausgangsgehalts der jeweiligen Abgaskomponente aus einem Eingangsgehalt. Der Eingangsgehalt liegt stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 in dem Abgas vor, der Ausgangsgehalt stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12.
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Die beiden oberen Diagramme geben die Konvertierungsleistung bei einer niedrigeren ersten Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 an, die beiden unteren Diagramme bei einer höheren zweiten Temperatur. Rein beispielhaft beträgt die erste Temperatur 300 °C und die zweite Temperatur 500 °C. Die beiden linken Diagramme zeigen die Konvertierungsleistung für die einzelnen Abgaskomponenten nach einer Veränderung des Verbrennungsluftverhältnisses von fett nach mager, die beiden rechten Diagramme nach einer Veränderung des Verbrennungsluftverhältnisses von mager nach fett.
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Ein Vergleich der beiden oberen Diagramme für die erste Temperatur zeigt einen deutlichen Unterschied für die Konvertierungsleistung, je nachdem, ob das Verbrennungsluftverhältnis von fett nach mager (linkes Diagramm) oder von mager nach fett (rechtes Diagramm) verändert wurde. So ist die Konvertierungsleistung für Kohlenwasserstoff, die der Verlauf 16 zeigt, für die Veränderung des Verbrennungsluftverhältnisses von fett nach mager für λ < 1 deutlich niedriger als für die Veränderung des Verbrennungsluftverhältnisses von mager nach fett. Entsprechendes gilt für die Konvertierungsleistung für Kohlenstoffmonoxid, wie der Verlauf 16 verdeutlicht.
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Die beiden unteren Diagramme für die zweite Temperatur hingegen zeigen, dass bei der höheren Temperatur kein oder allenfalls nur noch ein geringer Unterschied zwischen den Konvertierungsleistung besteht, unabhängig davon, ob das Verbrennungsluftverhältnis von fett nach mager oder von mager nach fett verändert wurde. Es wird jedoch deutlich, dass eine Berücksichtigung des zeitlichen Verlaufs des Verbrennungsluftverhältnisses bei dem Bestimmen der Konvertierungsleistung und damit auch bei dem Ermitteln des Ausgangsgehalts aus dem Eingangsgehalt anhand der Konvertierungsleistung Berücksichtigung finden sollte, um eine möglichst hohe Genauigkeit zu erzielen.
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Die hier gezeigten Diagramme betreffen eine neuwertige Abgasnachbehandlungseinrichtung 12, welche ein geringes Alter beziehungsweise eine geringe Betriebsdauer aufweist. Für eine Abgasbehandlungseinrichtung 12 mit einem höheren Alter beziehungsweise einer längeren Betriebsdauer können sich andere Konvertierungsleistungen ergeben. Insbesondere verhält es sich bei einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 so, dass die Abhängigkeit der Konvertierungsleistung von dem zeitlichen Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses nicht nur bei der niedrigeren ersten Temperatur auftritt, sondern auch bei der höheren zweiten Temperatur, wenngleich in verringertem Ausmaß als bei der ersten Temperatur. In Abhängigkeit von dem Alter der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 ist es daher vorgesehen, den zeitlichen Verlauf des Verbrennungsluftverhältnisses auch bei hohen Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 zu berücksichtigen, um eine gute Genauigkeit zu erzielen.
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BEZUGSZEICHENLISTE:
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- 1
- Antriebseinrichtung
- 2
- Antriebsaggregat
- 3
- Abgastrakt
- 4
- Zylinder
- 5
- Einlassventil
- 6
- Auslassventil
- 7
- Frischgastrakt
- 8
- Verdichter
- 9
- Abgasturbolader
- 10
- Turbine
- 11
- Abgasleitung
- 12
- Abgasnachbehandlungseinrichtung
- 13
- 1. Lambdasonde
- 14
- 2. Lambdasonde
- 15
- Verlauf
- 16
- Verlauf
- 17
- Verlauf
- 18
- Verlauf
- 19
- Verlauf
- 20
- Verlauf