DE102023201660B3

DE102023201660B3 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102023201660B3
Application number: DE102023201660.5A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2023-02-23
Filing date: 2023-02-23
Publication date: 2024-02-15
Anticipated expiration: 2043-02-24
Also published as: WO2024175485A1; CN120641647A; EP4669850A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2) und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, wobei mittels einer ersten Lambdasonde (5) stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) ein erster Messwert und mittels einer zweiten Lambdasonde (6) stromabwärts der ersten Lambdasonde (6) ein zweiter Messwert gemessen wird, und wobei eine Austrittskonzentration wenigstens einer Abgaskomponente stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) mittels eines Abgasnachbehandlungsmodells ermittelt wird, dem als Eingangsgrößen eine für eine Eintrittsstelle (14) ermittelte Eintrittskonzentration sowie ein für die Eintrittsstelle (14) ermitteltes Eintrittsverbrennungsluftverhältnis zugeführt werden. Dabei ist vorgesehen, dass das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis aus dem zweiten Messwert unabhängig von dem ersten Messwert ermittelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases verfügt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift US 2013 / 0 245 919 A1 bekannt. Diese offenbart ein Verfahren, bei welchem eine Kraftstoffeinspritzungsmenge auf der Grundlage eines Oxidationszustands eines Katalysators eingestellt wird. Der Oxidationszustand beruht hierbei auf Reaktionsraten einer Vielzahl von Abgasspezies über eine Katalysatorlängsachse und einem Satz axial gemittelter Massenbilanz- und Energiebilanzgleichungen für eine Fluidphase und einen Washcoat des Katalysators.
Die Druckschrift DE 196 06 652 B4 offenbart ein Verfahren zur Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses für eine Brennkraftmaschine mit nachgeschaltetem, zur Sauerstoffspeicherung fähigen Katalysator, bei dem die Sauerstoffanteile im Abgas der Brennkraftmaschine vor und hinter dem Katalysator erfasst werden und die Einstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses beeinflussen. Dabei ist vorgesehen, dass anhand eine Sauerstoffmodells des Katalysators und anhand der erfassten Sauerstoffanteile im Abgas der Brennkraftmaschine vor und nach dem Katalysator der momentane Sauerstoff-Füllgrad des Katalysators bestimmt wird, dass Parameter des Sauerstoffmodells anhand des hinter dem Katalysator gemessenen Sauerstoffanteils geändert werden, dass ein zwischen einer unteren Grenze und einer oberen Grenze liegender Sollwert für den Sauerstoff-Füllgrad des Katalysators vorgegeben wird, und dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis in Abhängigkeit von dem ermittelten Ist-Sauerstoff-Füllgrad eingestellt wird.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik die Druckschriften DE 10 2017 208 671 B4 und DE 10 2018 132 466 A1 bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber dem Stand der Technik Vorteile aufweist, insbesondere eine Schadstoffemission der Antriebseinrichtung zuverlässig überwacht, um ein Einhalten von Grenzwerten zu gewährleisten.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis aus dem zweiten Messwert unabhängig von dem ersten Messwert ermittelt wird.
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.
Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Die Antriebseinrichtung ist bevorzugt Bestandteil des Kraftfahrzeugs, kann jedoch selbstverständlich auch separat von diesem vorliegen. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments weist die Antriebsrichtung das Antriebsaggregat auf, welches vorzugsweise als Brennkraftmaschine ausgestaltet ist. 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.
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. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt beispielsweise als Fahrzeugkatalysator vor, insbesondere als Drei-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, NO_x-Speicherkatalysator oder SCR-Katalysator. Sie kann jedoch auch als Partikelfilter, insbesondere als Otto-Partikelfilter oder als Diesel-Partikelfilter ausgestaltet sein, bevorzugt mit integriertem Fahrzeugkatalysator, beispielsweise mit einer katalytischen Beschichtung.
Um die Schadstoffemission der Antriebseinrichtung zu ermitteln, also die in die Außenumgebung abgeführt Menge der wenigstens einen Abgaskomponente, wird das Abgasnachbehandlungsmodell herangezogen. Das Abgasnachbehandlungsmodell modelliert die Konvertierung der wenigstens einen Abgaskomponente mithilfe der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Hierzu werden dem Abgasnachbehandlungsmodell als eine erste Eingangsgröße die Eintrittskonzentration der wenigstens einen Abgaskomponente zugeführt, welche an der Eintrittsstelle vorliegt.
Unter der Eintrittsstelle ist insbesondere diejenige Stelle zu verstehen, an welcher das Abgas in die Abgasnachbehandlungseinrichtung eintritt. Alternativ bezeichnet die Eintrittsstelle diejenige Stelle, an welcher das Abgas in einen bestimmten Abschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung eintritt, insbesondere in einen von mehreren Abschnitten. Anhand der Eintrittskonzentration berechnet das Abgasnachbehandlungsmodell eine Austrittskonzentration, welche an einer Austrittsstelle vorliegt. Analog zu der Eintrittsstelle bezeichnet die Austrittsstelle diejenige Stelle, an welcher das Abgas aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung oder dem Abschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung austritt.
Die Eintrittskonzentration kann grundsätzlich auf beliebige Art und Weise ermittelt werden, beispielsweise wird sie in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats bestimmt, wobei der Betriebspunkt beispielsweise durch das momentan von dem Antriebsaggregat bereitgestellte Antriebsdrehmoment und/oder eine momentane Drehzahl des Antriebsaggregats gekennzeichnet ist. Ist die Eintrittsstelle diejenige Stelle, an welcher das Abgas in die Abgasnachbehandlungseinrichtung eintritt, so ist die an der Eintrittsstelle vorliegende Eintrittskonzentration gleich einer Rohemission des Antriebsaggregats, also gleich der von dem Antriebsaggregat erzeugten beziehungsweise ausgestoßenen Menge der wenigstens einen Abgaskomponente. Liegt die Eintrittsstelle stromabwärts dieser Stelle vor, so wird die an der Eintrittsstelle vorliegende Eintrittskonzentration bevorzugt mittels des Abgasnachbehandlungsmodells bestimmt. Beispielsweise entspricht in diesem Fall die Eintrittskonzentration für einen der Abschnitte der Austrittskonzentration für einen dem Abschnitt vorhergehenden Abschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Als zusätzliche Eingangsgröße wird dem Abgasnachbehandlungsmodell das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis zugeführt, welches analog zu der Eintrittskonzentration für die Eintrittsstelle ermittelt wird. Es könnte beispielsweise vorgesehen sein, dass das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis gleich einem Verbrennungsluftverhältnis zu setzen, welches aus dem ersten Messwert ermittelt wird, der unter Verwendung der ersten Lambdasonde stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung gemessen wird. Der erste Messwert beschreibt insoweit das stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgas vorliegende Verbrennungsluftverhältnis beziehungsweise eine Menge des dort in dem Abgas vorliegenden Restsauerstoffs.
Allerdings ist üblicherweise der erste Messwert mit einem vergleichsweise großen Messfehler behaftet, insbesondere falls als erste Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde verwendet wird. Bereits ein Messfehler von weniger als einem Prozent führt zu einem intolerablen Verlust an Genauigkeit des Abgasnachbehandlungsmodells. Aus diesem Grund kann es vorgesehen sein, den ersten Messwert mithilfe einer Trimmregelung anhand des zweiten Messwerts zu korrigieren. Der zweite Messwert wird unter Verwendung der zweiten Lambdasonde gemessen und beschreibt das Verbrennungsluftverhältnis beziehungsweise die Menge an Restsauerstoff stromabwärts der ersten Lambdasonde, insbesondere stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Beispielsweise ist es vorgesehen, den zweiten Messwert auf einen Sollwert zu regeln und hieraus einen Offset zu ermitteln, mit welchem der erste Messwert beaufschlagt wird, insbesondere zur Durchführung einer Lambdaregelung auf Grundlage des ersten Messwerts.
In Untersuchungen der Anmelderin hat sich jedoch herausgestellt, dass der erste Messwert nach dem Durchführen der Trimmregelung zwar eine hinreichende Genauigkeit für die Lambdaregelung aufweist, jedoch nicht zwingend für das Abgasnachbehandlungsmodell. Hinzu kommt, dass die Breitbandlambdasonde keine idealen dynamischen Eigenschaften hat. Dies macht sich beispielsweise nach einem Schubbetrieb des Antriebsaggregats bemerkbar, indem nach einer sprunghaften Änderung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs die Sonde über einen bestimmten Zeitraum dieser Änderung hinterherläuft. Dies führt zu Fehlern in dem Abgasnachbehandlungsmodell.
Aus diesem Grund ist es nun vorgesehen, dass das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis aus dem zweiten Messwert unabhängig von dem ersten Messwert ermittelt wird. Das bedeutet, dass das Eintrittsverbrennungsluftverhältnisses nur von dem stromabwärts der ersten Lambdasonde gemessenen zweiten Messwert, nicht jedoch von dem ersten Messwert abhängt. Anders ausgedrückt findet der erste Messwert keinerlei Berücksichtigung bei dem Ermitteln des Eintrittsverbrennungsluftverhältnisses, sondern - von den beiden Messwerten - lediglich der zweite Messwert. Hierdurch kann das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis mit derart hoher Genauigkeit bestimmt werden, dass auch das Abgasnachbehandlungsmodell mit gutem Ergebnis durchgeführt werden kann, sodass die Austrittskonzentration die tatsächlich an der Austrittsstelle in dem Abgas vorliegende Konzentration der wenigstens einen Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit beschreibt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als erste Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde und/oder als zweite Lambdasonde eine Sprunglambdasonde verwendet wird. Während die Breitbandlambdasonde einen vergleichsweise breiten Messbereich aufweist, ist dies für die Sprunglambdasonde nicht der Fall. Die Sprunglambdasonde liegt beispielsweise in Form einer einzelnen Nernstzelle vor und kann auch als Spannungssprungsonde bezeichnet werden. Die Breitbandlambdasonde setzt sich hingegen aus einer Nernstzelle und einer Pumpzelle zusammen. Die Pumpzelle wird derart eingestellt, dass mittels der Nernstzelle ein Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1 gemessen wird. Die Stromstärke und/oder die Spannung des zum Betreiben der Pumpzelle verwendeten elektrischen Stroms stellt dann ein Maß für das tatsächlich in dem Abgas vorliegende Verbrennungsluftverhältnis dar. Die Verwendung der Breitbandlambdasonde als erste Lambdasonde und der Sprunglambdasonde als zweite Lambdasonde ermöglicht insbesondere ein präzises Durchführen der Lambdaregelung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der zweite Messwert mittels einer Sondenkennlinie in ein Verbrennungsluftverhältnis umgerechnet wird, aus dem das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis bestimmt wird. Der zweite Messwert wird also zunächst in das Verbrennungsluftverhältnis konvertiert, nämlich unter Verwendung der Sondenkennlinie. Die Sondenkennlinie ist auf die zweite Lambdasonde abgestimmt und beschreibt ihr Verhalten. Insbesondere sind in der Sondenkennlinie Werte für das Verbrennungsluftverhältnis hinterlegt, welche für unterschiedliche Messwerte vorliegen. Die Sondenkennlinie kann auf beliebige Art und Weise hinterlegt sein, beispielsweise unter Verwendung einer mathematischen Beziehung, eines Kennfelds und/oder einer Tabelle. Erst aus dem Verbrennungsluftverhältnis wird anschließend das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis ermittelt. Die Verwendung der Sondenkennlinie zum Umwandeln des zweiten Messwerts in das Verbrennungsluftverhältnis ist einerseits mit geringem Rechenaufwand umsetzbar und andererseits hinreichend genau, um das Abgasnachbehandlungsmodell auf Grundlage des Verbrennungsluftverhältnisses zu betreiben.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis anhand einer zeitlichen Ableitung des Verbrennungsluftverhältnisses bestimmt wird. Das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis entspricht insoweit nicht unmittelbar dem aus dem zweiten Messwert bestimmten Verbrennungsluftverhältnis, sondern es wird eine Korrektur vorgenommen. Diese besteht in dem Ermitteln der zeitlichen Ableitung des Verbrennungsluftverhältnisses. Auf dieser Grundlage wird anschließend das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis bestimmt, sodass dieses als Funktion zumindest von der zeitlichen Ableitung des Verbrennungsluftverhältnisses vorliegt. Hierdurch kann auf vergleichsweise einfache Art und Weise das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis mit hoher Genauigkeit ermittelt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die zeitliche Ableitung beaufschlagt mit einem einen Einfluss der Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibenden Korrekturfaktor bei dem Bestimmen des Eintrittsverbrennungsluftverhältnisses verwendet wird. Da der zweite Messwert stromabwärts der ersten Lambdasonde und insbesondere stromabwärts der Eintrittsstelle gemessen wird, beeinflusst die Abgasnachbehandlungseinrichtung maßgeblich das aus dem zweiten Messwert ermittelte Eintrittsverbrennungsluftverhältnis. Insbesondere ist das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis abhängig von der Sauerstoffspeicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder dem Abgasmassenstrom des die Abgasnachbehandlungseinrichtung durchströmenden Abgases. Aus diesem Grund wird die zeitliche Ableitung des Verbrennungsluftverhältnisses zunächst mit dem Korrekturfaktor beaufschlagt, bevor sie in das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis einfließt. Hierdurch kann die Genauigkeit des Abgasnachbehandlungsmodells weiter erhöht werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Korrekturfaktor in Abhängigkeit von wenigstens einer der nachfolgend genannten Größen ermittelt wird: eine Sauerstoffspeicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung, ein Abgasmassenstrom des Abgases und eine eine Position der Eintrittsstelle beschreibende Positionsgröße. Hierauf wurde bereits hingewiesen. Die Sauerstoffspeicherkapazität beschreibt die Fähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung, Sauerstoff zwischenzuspeichern. Hierbei steht die Sauerstoffspeicherkapazität für die maximal zwischenspeicherbare Sauerstoffmenge. Der Abgasmassenstrom hingegen beschreibt den Massenstrom des die Abgasnachbehandlungseinrichtung momentan durchströmenden Abgases. Die Positionsgröße betrifft die Anordnung der Eintrittsstelle, insbesondere relativ in der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder relativ zu dem zweiten Lambdasensor.
Der Korrekturfaktor kann aus der Sauerstoffspeicherkapazität, dem Abgasmassenstrom oder sowohl der Sauerstoffspeicherkapazität als auch dem Abgasmassenstrom bestimmt werden. Die Berücksichtigung beider Parameter hat einen besonders deutlichen Einfluss auf die Genauigkeit des Abgasnachbehandlungsmodells. Zusätzlich oder alternativ wird die Positionsgröße herangezogen, insbesondere falls mehrere Abschnitte der Abgasnachbehandlungseinrichtung modelliert werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis anhand des Verbrennungsluftverhältnisses und der zeitlichen Ableitung bestimmt wird. Insgesamt liegt also das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis als Funktion des Verbrennungsluftverhältnisses vor, wobei dieses mehrfach Eingang in das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis findet, nämlich einmal unmittelbar und einmal in Form der zeitlichen Ableitung.
Vorzugsweise ergibt sich das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis als Summe aus dem Verbrennungsluftverhältnis und der zeitlichen Ableitung des Verbrennungsluftverhältnisses, bevorzugt beaufschlagt mit dem Korrekturfaktor. Auf diese Art und Weise ergibt sich eine besonders hohe Genauigkeit des Eintrittsverbrennungsluftverhältnisses und folglich eine hohe Genauigkeit des Abgasnachbehandlungsmodells.
Beispielsweise lässt sich das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis mittels der Beziehung $λ_{1} = k \frac{d λ_{2}}{d t} + λ_{2}$
ermitteln, wobei λ₁ das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis, λ₂ das Verbrennungsluftverhältnis, k der Korrekturfaktor und t die Zeit ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Abgasnachbehandlungsmodell mehrere Abgasnachbehandlungsteilmodelle zum Modellieren unterschiedlicher Abschnitte der Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst, wobei jedem der Abgasnachbehandlungsteilmodelle als Eingangsgrößen eine von mehreren, die Eintrittskonzentration umfassenden Eintrittskonzentrationen sowie eines von mehreren, das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis umfassenden Eintrittsverbrennungsluftverhältnissen zugeführt werden, wobei die jeweilige Eintrittskonzentration und das jeweilige Eintrittsverbrennungsluftverhältnis für eine von mehreren, die Eintrittsstelle umfassenden Eintrittsstellen ermittelt werden und jedes der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse aus dem zweiten Messwert unabhängig von dem ersten Messwert ermittelt wird.
Das bedeutet, dass nicht die Abgasnachbehandlungseinrichtung insgesamt betrachtet wird, sondern die Abgasnachbehandlungseinrichtung in mehrere Abschnitte aufgeteilt wird. Die Abschnitte erstrecken sich bevorzugt von einem Anfang bis hin zu einem Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung und grenzen besonders bevorzugt unmittelbar aneinander an. Beispielsweise ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung in wenigstens zwei, wenigstens drei, wenigstens vier oder - bevorzugt - wenigstens fünf Abschnitte aufgeteilt. Für jeden dieser Abschnitte liegt jeweils ein Abgasnachbehandlungsteilmodell vor, wobei die Abgasnachbehandlungsteilmodelle der mehreren Abschnitte insgesamt das Abgasnachbehandlungsmodell bilden.
Jedes der Abgasnachbehandlungsteilmodelle weist als Eingangsgrößen jeweils eine der Eintrittskonzentrationen und eines der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse auf. Die eingangs erwähnte Eintrittskonzentration ist hierbei Bestandteil dieser mehreren Eintrittskonzentrationen und das erwähnte Eintrittsverbrennungsluftverhältnis ist Bestandteil der mehreren Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse. Die Eintrittskonzentration und das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis für jeden Abschnitt werden für eine jeweilige Eintrittsstelle dieses Abschnitts ermittelt.
Mithilfe des jeweiligen Abgasnachbehandlungsteilmodells werden aus der jeweiligen Eintrittskonzentration und dem jeweilige Eintrittsverbrennungsluftverhältnis eine jeweilige Austrittskonzentration für eine Austrittsstelle des jeweiligen Abschnitts ermittelt. Vorzugsweise wird die Austrittskonzentration eines strömungstechnisch vorhergehenden Abschnitts als Eintrittskonzentration eines strömungstechnisch unmittelbar auf diesen Abschnitt folgenden Abschnitts verwendet. Das Abgasnachbehandlungsmodell beruht insoweit auf einer schrittweisen Berechnung der Austrittskonzentration der wenigstens einen Abgaskomponente über die Abgasnachbehandlungseinrichtung hinweg. Hierdurch kann eine besonders hohe Genauigkeit erreicht werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eines der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse mittels Filterung aus dem zweiten Messwert ermittelt wird. Grundsätzlich werden alle Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse aus dem zweiten Messwert und unabhängig von dem ersten Messwert ermittelt. Vorzugsweise kommt für wenigstens eines der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse die bereits beschriebene Vorgehensweise zum Einsatz, sodass also das entsprechende Eintrittsverbrennungsluftverhältnis unter Verwendung der zeitlichen Ableitung des Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt wird.
Wenigstens ein anderes der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse wird jedoch mittels Filterung aus dem zweiten Messwert bestimmt. Besonders bevorzugt ist es hierbei vorgesehen, wiederum unter Verwendung der Sondenkennlinie das Verbrennungsluftverhältnis aus dem zweiten Messwert zu ermitteln. Dieses Verbrennungsluftverhältnis wird anschließend gefiltert und das Ergebnis der Filterung als Eintrittsverbrennungsluftverhältnis verwendet. Als Filter kommt insbesondere ein Tiefpassfilter zum Einsatz.
Besonders bevorzugt wird das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis anhand der zeitlichen Ableitung bestimmt, sofern die Eintrittsstelle des jeweiligen Abschnitts stromaufwärts der zweiten Lambdasonde angeordnet ist. Die Filterung kommt hingegen zum Einsatz, sofern die Eintrittsstelle des jeweiligen Abschnitts stromabwärts der zweiten Lambdasonde vorliegt. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht die Verwendung des beschriebenen Verfahrens auch bei einer Anordnung der zweiten Lambdasonde nicht stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung, sondern in der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung 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 Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, wobei mittels einer ersten Lambdasonde stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ein erster Messwert und mittels einer zweiten Lambdasonde stromabwärts der ersten Lambdasonde ein zweiter Messwert gemessen wird, und wobei die Austrittskonzentration wenigstens einer Abgaskomponente stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels eines Abgasnachbehandlungsmodells ermittelt wird, dem als Eingangsgrößen eine für eine Eintrittsstelle ermittelte Eintrittskonzentration sowie ein für die Eintrittsstelle ermitteltes Eintrittsverbrennungsluftverhältnis zugeführt werden. Dabei ist die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet, das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis aus dem zweiten Messwert unabhängig von dem ersten Messwert zu ermitteln.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsaggregat und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung, sowie
2 ein Diagramm, in welchem Verläufe für ein Verbrennungsluftverhältnis über der Zeit aufgetragen sind.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat 2 sowie eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 3, hier in Form eines Fahrzeugkatalysators, verfügt. Dem Antriebsaggregat 2 werden Kraftstoff und Frischgas zugeführt, welche ein Kraftstoff-Frischgas-Gemisch bilden und chemisch unter Erzeugung von Abgas miteinander reagieren. Das Abgas wird der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 zugeführt und durchströmt diese in Richtung des Pfeils 4.
Stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 wird mittels einer ersten Lambdasonde 5 ein erster Messwert und stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 mittels einer zweiten Lambdasonde 6 ein zweiter Messwert gemessen. Die beiden Messwerte beschreiben einen Restsauerstoffgehalt des Abgases beziehungsweise ein Verbrennungsluftverhältnis an der jeweiligen Stelle.
Unter Verwendung des ersten Messwerts wird ein Lambdaregler 7 betrieben und unter Verwendung des zweiten Messwerts ein Trimmregler 8. Ausgangsgrößen der beiden Regler 7 und 8 werden mit einem über einen Eingang 9 zugeführten Sollwert verrechnet, nämlich in einem Berechnungsbaustein 10. Aus einem Ergebnis der Verrechnung wird die Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs ermittelt.
Weiterhin wird mittels eines Abgasnachbehandlungsmodells die Zusammensetzung des Abgases stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 bestimmt. Dies erfolgt für wenigstens eine Abgaskomponente, bevorzugt jedoch für mehrere Abgaskomponenten. Das Abgasnachbehandlungsmodell umfasst mehrere Abgasnachbehandlungsteilmodelle, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel fünf Abgasnachbehandlungsteilmodelle. Mittels jedes der Abgasnachbehandlungsteilmodelle wird einer von mehreren Abschnitten 11 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 berechnet. Die Abschnitte 11 erstrecken sich von einem Einlass 12 bis hin zu einem Auslass 13 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 und grenzen unmittelbar aneinander an. Die Abschnitte 11 erstrecken sich insoweit durchgehend und ununterbrochen von dem Einlass 12 bis zu dem Auslass 13.
Für jeden der Abschnitte 11 werden eine Eintrittskonzentration sowie ein Eintrittsverbrennungsluftverhältnis ermittelt, nämlich an einer jeweiligen Eintrittsstelle 14. Mithilfe des jeweiligen Abgasnachbehandlungsteilmodells wird nachfolgend eine Austrittskonzentration der jeweiligen Abgaskomponente an einer jeweiligen Austrittsstelle 15 des entsprechenden Abschnitts 11 ermittelt. Vorzugweise wird hierbei die Eintrittskonzentration für einen weiter stromabwärts liegenden Abschnitt 11 gleich der Austrittskonzentration des jeweils unmittelbar stromaufwärts liegenden Abschnitts 11 verwendet. Die Eintrittskonzentration des am weitesten stromaufwärts liegenden Abschnitts 11 ist gleich der Eintrittskonzentration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 und die Austrittskonzentration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 ist gleich der Austrittskonzentration des am weitesten stromabwärts liegenden Abschnitts 11.
Das Abgasnachbehandlungsmodell beziehungsweise jedes der Abgasnachbehandlungsteilmodelle ermittelt für die jeweilige Abgaskomponente eine Konvertierungsrate in Abhängigkeit von dem jeweiligen Eintrittsverbrennungsluftverhältnis. Die Konvertierungsrate ist beispielsweise in einem Kennfeld oder dergleichen hinterlegt, nämlich für verschiedene Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse. Beispielsweise wird als Abgaskomponente eine oder mehrere der nachfolgenden Abgaskomponenten verwendet: Kohlenwasserstoff, Kohlenstoffoxid, insbesondere Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff, insbesondere molekularer Wasserstoff, Stickoxid, insbesondere Stickstoffmonoxid und/oder Stickstoffdioxid, und Sauerstoff, insbesondere molekularer Sauerstoff.
Das jeweilige Eintrittsverbrennungsluftverhältnis wird nicht anhand des ersten Messwerts ermittelt, sondern aus dem zweiten Messwert unabhängig von dem ersten Messwert. Insoweit wird also das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis für jeden der Abschnitte 11 anhand eines Messwerts ermittelt, welcher stromabwärts der jeweiligen Eintrittsstelle 14 gemessen wird. Hierzu wird zunächst aus dem zweiten Messwert ein Verbrennungsluftverhältnis ermittelt, nämlich unter Verwendung einer Sondenkennlinie für die zweite Lambdasonde 6. Das so bestimmte Verbrennungsluftverhältnis wird zeitlich abgeleitet und die zeitliche Ableitung mit einem Korrekturfaktor multipliziert. Das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis ergibt sich als Summe aus dem Eintrittsverbrennungsluftverhältnis und dem Ergebnis der Multiplikation des Korrekturfaktors mit der zeitlichen Ableitung des Verbrennungsluftverhältnisses.
Der Korrekturfaktor ist proportional zu der Sauerstoffspeicherkapazität und umgekehrt proportional zu dem Abgasmassenstrom. Die Position des jeweiligen Abschnitts 11 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 wird in dem Korrekturfaktor berücksichtigt. So ist der Korrekturfaktor umso größer, je weiter die Eintrittsstelle 14 von der zweiten Lambdasonde 6 entfernt ist. Beispielsweise beträgt eine in dem Korrekturfaktor einfließende Positionsgröße für den Einlass 12 eins und für den Auslass 13 null und wird für die zwischen dem Einlass 12 und dem Auslass 13 liegenden Eintrittsstellen 14 mittels linearer Interpolation ermittelt. Für die hier dargestellten fünf Abschnitte 11, deren Eintrittsstellen 14 äquidistant voneinander beabstandet sind, ergeben sich somit Positionsgrößen von 1,0, 0,8, 0,6, 0,4 und 0,2. Die jeweilige Positionsgröße wird mit der zeitlichen Ableitung multipliziert, beispielsweise als Bestandteil des Korrekturfaktors.
Die 2 zeigt ein Diagramm, in welchem Verläufe 16, 17, 18, 19, 20 und 21 Verbrennungsluftverhältnisse über der Zeit t beschreiben. Der Verlauf 16 entspricht einem aus dem zweiten Messwert berechneten Verbrennungsluftverhältnis, die weiteren Verläufe 17 bis 21 sind von diesem Verlauf 16 abgeleitet, nämlich auf die beschriebene Art und Weise. Der Verlauf 16 zeigt also die Austrittskonzentration der wenigstens einen Abgaskomponente des am weitesten stromabwärts liegenden Abschnitts 11. Der Verlauf 17 beschreibt die Eintrittskonzentration für diesen Abschnitt 11 und entsprechend die Austrittskonzentration des unmittelbar stromaufwärts liegenden Abschnitts 11. Die Verläufe 18 bis 21 beschreiben die Eintrittskonzentrationen für die weiter stromaufwärts liegenden Abschnitte 11. Spätestens anhand des Verlaufs 21 wird deutlich, dass die Verläufe 16 bis 21 beispielhaft für eine sprunghafte Veränderung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs gezeigt sind. In einem Zeitpunkt t₁ wird von einem fetten auf ein mageres Gemisch und in einem Zeitpunkt t₂ von dem mageren auf das fette Gemisch umgeschaltet.
BEZUGSZEICHENLISTE:

1: Antriebseinrichtung
2: Antriebsaggregat
3: Abgasnachbehandlungseinrichtung
4: Pfeil
5: 1. Lambdasonde
6: 2. Lambdasonde
7: Lambdaregler
8: Trimmregler
9: Eingang
10: Berechnungsbaustein
11: Abschnitt
12: Einlass
13: Auslass
14: Eintrittsstelle
15: Austrittsstelle
16: Verlauf
17: Verlauf
18: Verlauf
19: Verlauf
20: Verlauf
21: Verlauf

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2) und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, wobei mittels einer ersten Lambdasonde (5) stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) ein erster Messwert und mittels einer zweiten Lambdasonde (6) stromabwärts der ersten Lambdasonde (6) ein zweiter Messwert gemessen wird, und wobei eine Austrittskonzentration wenigstens einer Abgaskomponente stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) mittels eines Abgasnachbehandlungsmodells ermittelt wird, dem als Eingangsgrößen eine für eine Eintrittsstelle (14) ermittelte Eintrittskonzentration sowie ein für die Eintrittsstelle (14) ermitteltes Eintrittsverbrennungsluftverhältnis zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis aus dem zweiten Messwert unabhängig von dem ersten Messwert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erste Lambdasonde (5) eine Breitbandlambdasonde und/oder als zweite Lambdasonde (6) eine Sprunglambdasonde verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Messwert mittels einer Sondenkennlinie in ein Verbrennungsluftverhältnis umgerechnet wird, aus dem das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis anhand einer zeitlichen Ableitung des Verbrennungsluftverhältnisses bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Ableitung beaufschlagt mit einem einen Einfluss der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) beschreibenden Korrekturfaktor bei dem Bestimmen des Eintrittsverbrennungsluftverhältnisses verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturfaktor in Abhängigkeit von wenigstens einer der nachfolgenden genannten Größen ermittelt wird: eine Sauerstoffspeicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3), ein Abgasmassenstrom des Abgases und eine eine Position der Eintrittsstelle beschreibende Positionsgröße.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis anhand des Verbrennungsluftverhältnisses und der zeitlichen Ableitung bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungsmodell mehrere Abgasnachbehandlungsteilmodelle zum Modellieren unterschiedlicher Abschnitte (11) der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) umfasst, wobei jedem der Abgasnachbehandlungsteilmodelle als Eingangsgrößen eine von mehreren, die Eintrittskonzentration umfassenden Eintrittskonzentrationen sowie eines von mehreren, das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis umfassenden Eintrittsverbrennungsluftverhältnissen zugeführt werden, wobei die jeweilige Eintrittskonzentration und das jeweilige Eintrittsverbrennungsluftverhältnis für eine von mehreren, die Eintrittsstelle (14) umfassenden Eintrittsstellen (14) ermittelt werden und jedes der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse aus dem zweiten Messwert unabhängig von dem ersten Messwert ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eines der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse mittels Filterung aus dem zweiten Messwert ermittelt wird.
Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung (1) über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2) und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, wobei mittels einer ersten Lambdasonde (5) stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) ein erster Messwert und mittels einer zweiten Lambdasonde (6) stromabwärts der ersten Lambdasonde (5) ein zweiter Messwert gemessen wird, und wobei eine Austrittskonzentration wenigstens einer Abgaskomponente stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (3) mittels eines Abgasnachbehandlungsmodells ermittelt wird, dem als Eingangsgrößen eine für eine Eintrittsstelle (14) ermittelte Eintrittskonzentration sowie ein für die Eintrittsstelle (14) ermitteltes Eintrittsverbrennungsluftverhältnis zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (1) dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis aus dem zweiten Messwert unabhängig von dem ersten Messwert zu ermitteln.