DE10148663A1 - Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine

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Abstract

Die Höhe der NO¶x¶-Emission einer Brennkraftmaschine hängt primär von der lokalen Temperatur, der Sauerstoffkonzentration und der Verweilzeit der Zylinderladung im Brennraum ab. Diese beiden letztgenannten Größen lassen sich verhältnismäßig einfach durch Messung der Motordrehzahl der eingesetzten Luft und der Kraftstoffmenge erfassen. Es ist von besonderer Bedeutung bei der Bestimmung der NO¶x¶-Rohemissionen, insbesondere bei den mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschinen und bei der Verwendung von NO¶x¶-Speicherkatalysatoren, dass bei der Überwachung der NO¶x¶-Beladungsmasse eine unterschiedliche Modellierung in Abhängigkeit vom Betriebsmodus vorzunehmen ist. Daher werden einige motorische Parameter, abhängig von der jeweiligen Betriebsart, erfasst und zur Berechnung der Stickoxidemission verwendet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Stickoxidgehalts in Abgasen von Brennkraftmaschinen insbesondere von direkteinspritzenden Ottomotoren.
  • Beim Betrieb von Brennkraftmaschinen entstehen Abgase, die verschiedene Schadstoffe enthalten, wobei deren jeweiliger Anteil im wesentlichen von der Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft- Gemisches abhängig ist. Insbesondere bei einem Betrieb mit magerem Kraftstoff/Luft-Gemisch, d. h. heißt Lambda > 1, ist der Anteil der Stickoxidemissionen (NOx) groß. Es ist bekannt, dass bei solchen Motoren NOx-Speicherkatalysatoren eingesetzt werden, um die strengen Abgasvorschriften einhalten zu können. Die NOx-Speicherkatalysatoren besitzen trotz einer im Motorbetrieb in bestimmter Folge eingeleiteten Regeneration während bestimmter Betriebsbedingungen lediglich eine begrenzte Speicherkapazität, so dass eine Speicherung der anfallenden Stickoxide nicht immer in ausreichendem Maße möglich ist. Bei diskontinuierlichen Abgasreinigungsverfahren muss die in einen NOx-Speicherkatalysator gelangte NOx-Masse bestimmt werden, um den Zeitpunkt und die Dauer einer Regeneration bestimmen zu können. Diese NOx-Masse ist abhängig von der NOx- Konzentration im Abgas und dem Abgasmassenstrom und entspricht im Magerbetrieb im wesentlichen der NOx-Rohemission des Motors.
  • Eine Möglichkeit, die NOx-Konzentration im Abgas zu bestimmen, ist die Verwendung eines Sensors vor dem Katalysator. Dieser liefert ein Signal für die NOx-Konzentration im Abgas, aus dem zusammen mit dem Luft- und Kraftstoffmassenstrom die emittierte NOx-Masse berechnet werden kann. Zur Diagnose sollte ein solcher Sensor auch nach dem Katalysator angeordnet sein, um dessen Wirksamkeit zu überprüfen.
  • Da die o. g. Sensoren teuer sind, ist es wünschenswert, zumindest auf einen der beiden Sensoren oder sogar ganz auf beide zu verzichten. Es wird daher versucht, die Stickoxidemission des Motors aus entsprechenden, durch eine Motorsteuerung erfassten Einflussgrößen mittels eines Rechenmodells zu berechnen. Aus diesem Grund wird der Einfluss verschiedener Motorparameter auf die NOx-Rohemission in eine Struktur für ein Stickoxid- Rohemissionsmodell berücksichtigt, um bei einer ausreichenden Genauigkeit einer Modellierung mindestens auf einen NOx-Sensor im Abgasstrang verzichten zu können.
  • Aus DE 198 51 319 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der NOx- Rohemission einer mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine bekannt, mit dem eine Annäherung der modellierten NOx- Rohemission an die tatsächliche NOx-Rohemission erreicht werden soll. Bei diesem Verfahren wird die Androsselung sowie die Ansauglufttemperatur innerhalb eines Rechenmodells zur Bestimmung der NOx-Rohemission quantitativ berücksichtigt. Dabei wird eine Basis-NOx-Rohemission im Schichtladebetrieb der Brennkraftmaschine aus einem Kennfeld in Abhängigkeit von der Kraftstoffmasse und der Motordrehzahl gewonnen. Dieser Basiswert wird dann mit einem von der Ansauglufttemperatur abhängigen Korrekturwert bestimmt, welcher wiederum mit einem von der Motordrehzahl und der Abgasrückführrate abhängigen Korrekturwert korrigiert wird. Des Weiteren findet eine weitere Korrektur durch eine Berücksichtigung der Androsselung im Schichtladebetrieb statt.
  • Es bleiben bei dem oben genannten Verfahren einige Motorparameter unberücksichtigt, die einen erheblichen Einfluss auf die NOx-Bildung im Motor haben.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung des Stickoxidgehalts in Abgasen von Brennkraftmaschinen zu schaffen, mit dem die Stickoxidemission genauer bestimmt werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Berechnung des Stickoxidgehalts im Abgas von Brennkraftmaschinen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 2 gelöst.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht, die NOx-Emission genau zu berechnen, da dieser Berechnung Werte aus den tatsächlichen Einflussgrößen auf die NOx-Emission zugrunde gelegt werden. Die Höhe der NOx-Emission einer Brennkraftmaschine hängt primär von der lokalen Temperatur, der Sauerstoffkonzentration und der Verweilzeit der Zylinderladung im Brennraum ab. Die beiden letztgenannten Größen lassen sich verhältnismäßig einfach durch Messung der Motordrehzahl der eingesetzten Luft und der Kraftstoffmenge erfassen.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es von besonderer Bedeutung bei der Bestimmung der NOx-Rohemissionen, insbesondere bei den mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschinen und bei der Verwendung von NOx-Speicherkatalysatoren, dass bei der Überwachung der NOx-Beladungsmasse eine unterschiedliche Modellierung in Abhängigkeit vom Betriebsmodus vorzunehmen. Vorzugsweise werden oben genannte Brennkraftmaschinen im Schichtbetrieb oder im homogenen Magerbetrieb gefahren. Daher werden einige motorische Parameter abhängig von der jeweiligen Betriebsart erfasst und zur Berechnung der Stickoxidemission verwendet. Dabei werden für eine genau Bestimmung bzw. Annäherung der NOx-Rohemissionen die entsprechenden Signale durch ein Steuergerät erfasst und dann entsprechend einer erfindungsgemäßen Modellierung die NOx-Emissionen ermittelt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Stickoxidemissionen sieht eine Erfassung der dem Brennraum zugeführten Kraftstoffmenge, der dem Brennraum zugeführten Luftmenge, der Abgasrückführrate, der Drehzahl der Brennkraftmaschine, des Zündzeitpunkts und des thermischen Zustands des Brennraums vor, wobei die Masse der Stickoxidemission im Schichtbetrieb aus dem Wert des thermischen Zustands des Brennraums sowie den Werten der Kraftstoffmenge, der Drehzahl und der Abgasrückführrate berechnet wird. Dagegen wird die Masse der Stickoxidemission im homogenen Magerbetrieb aus dem Wert des thermischen des Brennraumzustands sowie den Werten der Kraftstoffmenge, der Drehzahl, des Luftverhältnisses und dem Zündzeitpunkt berechnet.
  • Erfindungsgemäß erfolgt die Erfassung des thermischen Zustands des Brennraums durch Bestimmung der Brennraumtemperatur, welche mittels eines Temperatursensors erfolgen kann. Zur Erfassung des Brennraumtemperaturniveaus wird vorzugsweise die Zylinderwandtemperatur im Brennraumbereich oder die Zylinderkopftemperatur im Brennraumbereich durch den Temperatursensor gemessen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann der thermische Zustand des Brennraums mittels Erfassung der Kühlmitteltemperatur insbesondere im Bereich des Brennraums erfolgen. D. h., die Kühlwassertemperatur des Motors wird im Zylinderkopf oberhalb des Brennraums oder zylinderwandseitig in dem Bereich ermittelt, wo die Zündung des Kraftstoff/Luft- Gemisches stattfindet.
  • Die Ermittlung der NOx-Rohemissionen wird im Schichtbetrieb unter Berücksichtigung des thermischen Niveaus des Brennraums, der an der Verbrennung teilgenommenen Kraftstoffmenge, der Drehzahl und der AGR-Rate. Die Kraftstoffmenge und die Drehzahl einer Brennkraftmaschine charakterisieren gemäß eines im Steuergerät abgelegten Grundkennfelds den gefahrenen Betriebspunkt. Aus einem solchen Kennfeld erfolgt ein NOx-Wert, der zunächst durch einen AGR-Rate-Korrekturwert korrigiert wird. Dieser wird wiederum durch einen aus dem thermischen Zustand des Brennraums der Brennkraftmaschine bestimmten Wert korrigiert, um dadurch den tatsächlichen NOx-Wert zu ermitteln.
  • Die Kraftstoffmenge kann beispielsweise durch eine Kraftstoffmesseinrichtung oder durch Werte wie die Öffnungsdauer und den Druck am Kraftstoffinjektor ermittelt werden. Des Weiteren kann die Drehzahl mit Hilfe eines Drehzahlsensors erfasst werden. Die Bestimmung der Abgasrückführrate erfolgt am Abgasrückführungsventil durch eine geeignete Messeinrichtung, wobei die Erfassung des Luftmassenstroms anhand einer Drosselklappeneinrichtung erfolgen kann.
  • Durch die im Steuergerät abgelegten verschiedenen Kennfelder werden dann die Korrekturwerte ermittelt und für die Berechnung der tatsächlichen NOx-Rohemission anhand der erfindungsgemäßen Modellierung verwendet.
  • Die Ermittlung der NOx-Rohemissionen erfolgt im Homogenbetrieb, insbesondere in einem homogenen Magerbetrieb (Luftverhältnis ca. 1.4 bis 1.5), unter Berücksichtigung des thermischen Niveaus des Brennraums, der an der Verbrennung teilgenommenen Kraftstoffmenge, der Drehzahl, des Luftverhältnisses λ und des Zündzeitpunkts. Ähnlich wie beim Schichtbetrieb werden aus abgelegten Kennfeldern ein λ-, ein Zündzeitpunkt- und ein thermischen Brennraumzustands-Korrekturwert ermittelt, welche für die Berechnung der NOx-Rohemission anhand einer erfindungsgemäßen Modellierung verwendet werden.
  • Erfindungsgemäß wird bei der Berechnung der Masse der Stickoxidemission zur Annäherung des Zusammenhangs zwischen dem Luftverhältnis, der Abgasrückführrate und der Stickoxidemission ein Polynom 2. Grades verwendet. Dabei kann bei der Berechnung der Masse der Stickoxidemission die Reihenfolge der Eingangsgrößen beliebig gewählt werden, und die Verknüpfung der Eingangsgrößen wahlweise multiplikativ oder additiv erfolgen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann eine Korrektur der berechneten Masse der Stickoxidemission durch das Luftverhältnis der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgen. Dadurch ist es möglich, die NOx-Rohemission eines Verbrennungsmotors trotz Abweichungen der einzelnen Zylinder im Verbrennungsluftverhältnis genau zu berechnen. Da das Luftverhältnis in den einzelnen Zylindern aufgrund von Streuungen in der Fertigung der Einspritzdüsen nicht immer gleich ist, können dementsprechend Abweichungen bei den NOx-Emissionen vorliegen. Üblicherweise gleicht eine Lambdaregelung solche Abweichungen zwar aus, indem sie alle Zylinder mit mehr oder weniger Kraftstoff versorgt, so dass in Summe das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis im Abgas einstellt. Da aber die NOx- Emission eines Zylinder nicht linear vom Luftverhältnis abhängt, führt dies dazu, dass die von einem NOx -Rohemissionsmodell berechnete NOx-Emission nicht mit der messbaren NOx- Emission übereinstimmt. Durch Bestimmung der λ-Werte der einzelnen Zylinder ist es dennoch möglich, die Abweichungen der eingespritzten Kraftstoffmengen zu erfassen. Dies kann z. B. durch eine hohe zeitliche Auflösung des mit einer λ-Regelsonde gemessen Signals erfolgen. Im Abgas ist die Zündfolge des Verbrennungsmotors derart wiederzufinden, dass die λ-Sonde die Abweichungen der einzelnen Zylinder vom Soll-Luftverhältnis erfasst. Somit wird die NOx-Emission des Motors als die Summe der Emissionen der einzelnen Zylinder ermittelt.
  • Es ist außerdem zweckmäßig, einen NOx-Sensor vorzusehen, der den NOx-Anteil im Abgasstrom erfasst, wobei der daraus resultierende Messwert mit dem Betrag der berechneten NOx- Emission verglichen wird.
  • Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen sowie in der Beschreibung enthalten. Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen.
  • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines direkteinspritzenden Ottomotors mit einer Abgasrückführung und einem NOx-Speicherkatalysator,
  • Fig. 2 die Darstellung des Einflusses der Abgasrückführrate im Schichtbetrieb auf die NOx-Konzentration im Abgas,
  • Fig. 3 die Darstellung des Einflusses des Luftverhältnisses im Schichtbetrieb auf die NOx-Konzentration im Abgas,
  • Fig. 4 die Darstellung des Einflusses der Kühlwassertemperatur im Schichtbetrieb auf die NOx- Konzentration im Abgas,
  • Fig. 5 die Darstellung des Einflusses des Luftverhältnisses im Homogenbetrieb auf die NOx-Konzentration im Abgas,
  • Fig. 6 die Darstellung des Einflusses des Zündzeitpunkts im Homogenbetrieb auf die NOx-Konzentration im Abgas,
  • Fig. 7 die Darstellung des Einflusses der Kühlwassertemperatur im Homogenbetrieb auf die NOx- Konzentration im Abgas,
  • Fig. 8 die Darstellung des Prinzips einer additiven Verknüpfung,
  • Fig. 9 die Darstellung des Prinzips einer multiplikativen Verknüpfung,
  • Fig. 10 die Darstellung der Berücksichtigung des Last- und Drehzahleinflusses für die NOx-Korrektur,
  • Fig. 11 die Darstellung einer Berechnung eines Polynoms 2. Grads in der Motorsteuerung,
  • Fig. 12 die Darstellung einer Modellstruktur zur Bestimmung der NOx-Emissionen im Schichtbetrieb,
  • Fig. 13 die Darstellung einer Modellstruktur zur Bestimmung der NOx-Emissionen im Homogenbetrieb,
  • Fig. 14 eine schematische Darstellung eines Zylinderblocks einer Vierzylinderbrennkraftmaschine mit einer angeordneten Lambdasonde,
  • Fig. 15 die Darstellung der NOx-Emission in Abhängigkeit vom Luft/Kraftstoffverhältnis, und
  • Fig. 16 die Darstellung eines Verlaufs des λ-Signals einer Vierzylinderbrennkraftmaschine.
  • In Fig. 1 ist ein Zylinderblock 1 eines direkteinspritzenden 4-Zylinder-Ottomotors schematisch in Querschnitt durch einen Zylinder dargestellt. In jedem Zylinder sind ein Kraftstoffinjektor 2 und eine Zündkerze 3 angeordnet. Weiterhin befindet sich im Zylinder ein Brennraum 4, der durch einen verschiebbar geführten Kolben 7 begrenzt ist. Dem Brennraum 4 wird durch ein Einlassventil 5 Frischluft zugeführt, wobei die Abgase nach einer Verbrennung durch ein Auslassventil 6 abgeführt werden.
  • Ein Steuergerät 8 übernimmt die Steuerung der Verbrennung und die Verarbeitung der verschiedenen Signale. Die Signale aus einer Lambdasonde 9, einem NOx-Speicherkatalysator 10, einem Abgasrückführungsventil 11, einem im Bereich des Brennraums 4 angeordneten Temperatursensor 12, einer Drosselklappeneinrichtung 13, einer nach einer Einspritzpumpe 16 angeordneten Kraftstoffmesseinrichtung 17 werden vom Steuergerät 8 erfasst. Die Signalaufbereitung im Steuergerät 8 ist Bestandteil einer nicht dargestellten elektronischen Schaltung. Auf einer in der Zeichnung nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine ist eine nicht dargestellte Scheibe, die beispielsweise gleichzeitig das Schwungrad bilden kann, angeordnet, wobei dieser Scheibe ein Winkelmarkengeber (nicht dargestellt) zur Erfassung der Drehzahl zugeordnet ist. Dieser Winkelmarkengeber ist auch am Steuergerät 8 angeschlossen.
  • Der Brennraum 4 wird an seiner Oberseite durch einen Zylinderkopf 15 begrenzt, wobei im Zylinderkopf 15 die Einlass- und Auslassventile angeordnet sind. Durch das Einlassventil 5 kann die benötigte Verbrennungsluft durch das Saugrohr 19 in den Brennraum 4 einströmen, wobei die jeweilige Luftmasse in der Drosselklappeneinrichtung durch einen nicht dargestellten Luftmassenmesser erfasst wird. Der Luftmassenmesser ist ebenfalls mit dem Steuergerät 8 verbunden, wobei es denkbar ist, die Luftmasse anhand der Drosselklappenstellung und der Motordrehzahl zu bestimmen.
  • Durch das Auslassventil 6 gelangen die Abgase in eine Abgasleitung 21, die zum NOx-Speicherkatalysator 10 führt. Eine von der Abgasleitung 21 abzweigende Abgasrückführleitung 14 ist vorgesehen, um Abgas in das Saugrohr 19 zurückzuführen. In dieser Abgasrückführleitung 14 befindet sich ein im Abgasrückführungsventil 11 angeordneter Rückführmengensensor (nicht dargestellt), der die Masse des rückgeführten Abgases erfasst und entsprechende Signale an das Steuergerät 8 überträgt.
  • Nachfolgend wird eine die Berechnung des NOx-Massenstroms aus der NOx-Konzentration im Abgas c (NOx) näher erläutert. Der NOx-Massenstrom ≙NO x aus der NOx-Konzentration c (NOx) im Abgas erfolgt nach der Formel:


  • Für die Emissionsauswertung der Stickoxide wird die Molemasse M von NO2 und dem Abgas verwendet. FW und FA korrigieren die Luftfeuchte, d. h., die NOx-Emission wird auf eine bestimmte Luftfeuchte normiert, wobei MBH den Luftmassenstrom und MLKH den Kraftstoffmassenstrom wiedergeben. Dies ist erforderlich, weil die Luftfeuchte einen messbaren Einfluss auf die NOx -Emission von Verbrennungsmotoren hat. Bei einer höheren Luftfeuchte entsteht eine niedrigere NOx-Emission als bei trockener Luft. Die Wärmekapazität der Ansaugluft steigt mit dem Wasserdampfgehalt und senkt dadurch die Verbrennungs-Spitzentemperaturen, wobei sich FW nach folgender Formel errechnet:


    mit:
    PHIT: Luftfeuchte bezogen auf trockene Luft in g/kg
    XTANSK: Ansauglufttemperatur in K.
  • Die Faktoren a und b werden nach folgenden Formeln bestimmt:


  • Das Partialdruckverhältnis PDV kann über die Taupunkttemperatur Ttau (in °C) berechnet werden:


    mit:
    XPL: Absoluter Luftdruck
    PDT: Dampfdruck berechnet zu:
    PDT = 3,267.107.Ttau4 + 0,0002988.Ttau3 + 0,01408.Ttau2 + 0,4378.Ttau + 6,054
  • Der Korrekturfaktor FA ergibt sich aus dem Term


  • Bei der Berechnung des NOx-Massenstroms im Fahrzeug kann der Einfluss der Luftfeuchte nicht berücksichtigt werden, da keine entsprechenden Sensoren zur Bestimmung von Luftfeuchte oder Taupunkt vorhanden sind. Deshalb muss eine vereinfachte Berechnung verwendet werden, wobei der Einfluss der Luftfeuchte berücksichtigt werden kann, wenn gegebenenfalls solche Sensoren im Fahrzeug eingebaut werden, oder entsprechende Informationen über Datenübertragung erhältlich sind. Die vereinfachte Berechnung berücksichtigt lediglich den Abgasmassenstrom, der sich aus Luftmassenstrom MBH und Kraftstoffmassenstrom MLKH zusammensetzt.


  • Grundsätzlich ist die NOx-Emission eines Motors von Drehzahl und Last abhängig. Bei einem direkteinspritzenden Ottomotor wird im Schichtladungsbetrieb die Last vorzugsweise über die zugeführte Kraftstoffmasse (MFF) eingestellt. Diese Größe wird durch die Kraftstoffmesseinrichtung 17 bestimmt und durch entsprechende Signale an die Motorsteuerung 8 weitergeleitet.
  • Somit kann die zugeführte Kraftstoffmasse zur Ermittlung der NOx-Emission verwendet werden.
  • Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfindung das Abspeichern von Kennfeldern, welche für den Schichtbetrieb die Stickoxidemissionen für den verwendeten Motor in Abhängigkeit von den gefahrenen Lastpunkten aufweisen. Ein solches Kennfeld kann als "Grundkennfeld" bezeichnet werden. Entsprechen im Fahrzeug alle Randbedingungen denen an einem zur Ermittlung solcher Kennfelder verwendeten Motorprüfstand, so ergibt sich ein im Kennfeld abgelegter NOx-Wert. Im dynamischen Betrieb unterscheiden sich jedoch bestimmte Parameter von den stationär gemessenen Werten. Ein Abweichen der Parameter hat eine Änderung der emittierten NOx-Menge zur Folge. Im folgenden wird der Einfluss signifikanter Parameter auf die NOx-Emission erläutert.
  • Den stärksten Einfluss auf die NOx-Emission im Schichtbetrieb hat die applizierte Abgasrückführrate. Die Abgasrückführung (AGR) wird zur Reduzierung der NOx-Emission eingesetzt.
  • In Fig. 2 ist der Verlauf der NOx-Konzentration bei einer Variation der Abgasrückführrate (AGR-Rate) im Schichtladebetrieb dargestellt. Die NOx-Konzentration sinkt mit steigender Abgasrückführrate. Eine Abweichung der AGR-Rate im dynamischen Betrieb vom Sollwert hat in erster Näherung eine lineare Ab- bzw. Zunahme der NOx-Emission zur Folge. Die Steigung der Geraden ist von Last, gekennzeichnet durch die eingespritzte Kraftstoffmenge (MFF), und Drehzahl (n) abhängig. Die Abgasrückführrate (AGR) wird im Fahrzeug nicht direkt gemessen, sondern z. B. über einen Hub des AGR-Ventils 11 und eine aus einem Saugrohrmodell kalkulierte Druckdifferenz zwischen dem Druck im Saugrohr 19 und dem Druck in der Abgasleitung 21 berechnet. Die Güte einer NOx-Korrektur für die Abgasrückführung hängt somit stark von einer Güte der Bestimmung der AGR-Rate im Fahrzeug ab.
  • Ein weiterer Parameter mit Einfluss auf die NOx-Emission im Schichtbetrieb ist das Luftverhältnis (λ). Fig. 3 zeigt den Verlauf der NOx-Konzentration in Abhängigkeit von λ. Im dynamischen Betrieb kann das aktuelle Luftverhältnis vom Wert im Stationärbetrieb abweichen, wenn z. B. die Drosselklappe nicht schnell genug auf einen applizierten Wert gestellt wird. Der Luftmangel bzw. Überschuss wirkt sich auf die Verbrennung und somit auf die NOx-Emission aus. Das Luftverhältnis wird für die jeweiligen Messungen durch Veränderung der Drosselklappenstellung eingestellt. Bei eingeschalteter Abgasrückführung würde sich die AGR-Rate durch den wechselnden Unterdruck im Saugrohr 19 ebenfalls deutlich ändern und Einfluss auf die NOx- Emission nehmen. Daher wurden die in Fig. 3 dargestellten Verläufe ohne Abgasrückführung ermittelt. Der Zusammenhang ist nicht linear, kann aber durch ein Polynom 2. Grades angenähert werden. Die Koeffizienten eines solchen Polynoms sind gemäß Fig. 3 je nach Last MFF und Drehzahl n verschieden.
  • Einen Einfluss auf die Verbrennungstemperatur und somit auf die NOx-Emission hat auch die Temperatur des Brennraums 4. Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann die Kühlwassertemperatur als Indikator für die Brennraumtemperatur verwendet werden, wobei allerdings ein direkter Zusammenhang im Aufheizbetrieb des Motors nicht gegeben ist. Fig. 4 zeigt für den Schichtbetrieb die NOx-Konzentration im Abgas in Abhängigkeit von den Kühlwassertemperaturen von 40 bis 90°C, wobei sich die in Fig. 4 dargestellten Werte bei einer konstanten AGR-Rate von 20% ergeben. Alternativ kann die Brennraumwandtemperatur erfindungsgemäß als ein Indikator für die Brennraumtemperatur dienen, welche durch den Temperatursensor 12 gemessen wird. Durch eine kalte Brennraumwand wird eine Verbrennungs-Spitzentemperatur gesenkt und dadurch die NOx-Emission vermindert. Dagegen wird eine Gemischbildung bei einem warmen Brennraum verbessert, was auf der anderen Seite zu einer höheren NOx -Emission führt. Der Zusammenhang zwischen Kühlwassertemperatur und NOx-Emission kann linear angenähert werden. Die Steigung des Geraden gemäß Fig. 4 ist nahezu unabhängig von Last MFF und Drehzahl n.
  • Ebenso wie im Schichtladungsbetrieb ist auch im Homogenbetrieb die NOx-Emission von Last und Drehzahl abhängig. Bei einem stöchiometrischen Betrieb ist in der Regel ein Drei-Wege-Katalysator in der Lage, die Stickoxide zu reduzieren. Dagegen ist in einem homogenen Magerbetrieb, z. B. wie im oberen Lastbereich eines modernen direkteinspritzenden Ottomotors, zur Berechnung der im NOx-Speicherkatalysator 10 gespeicherten NOx-Masse die Kenntnis der NOx-Emission erforderlich.
  • Im Homogenbetrieb wird die Last über die zugeführte Ladungs- bzw. Luftmasse geregelt. Der Wert für die angesaugte Luftmasse wird im Saugrohrmodell der Motorsteuerung berechnet und kann zum Abgleich des Modells zusätzlich mit einem in Fig. 1 nicht dargestellten Heißfilm-Luftmassensensor gemessen werden. Um die größte Kraftstoffverbrauchseinsparung zu erzielen, kann das Soll-Luftverhältnis möglichst mager gewählt werden, d. h. kurz vor einer Laufgrenze für aussetzerfreien Betrieb, wo der Luftverhältniswert (λ) ca. 1,4 bis 1,5 beträgt. In einem solchen Bereich ist es nicht mehr üblich, Abgasrückführung zur Senkung der NOx-Emission einzusetzen, da dadurch die Laufruhe des Motors zu stark beeinträchtigt wird. Fig. 5 zeigt die Stickoxidemission für einen homogen Magerbetrieb (λ beträgt ca. 1,4) in Abhängigkeit vom Luftverhältnis mit der Drehzahl n und dem Luftmassenstrom MAF als Lastparameter. Es ist ersichtlich, dass die Stickoxidemission im homogenen Magerbetrieb deutlich über der im Schichtladungsbetrieb liegt.
  • In einem homogen Magerbetrieb hat das Luftverhältnis λ den stärksten Einfluss auf die NOx-Bildung. Fig. 5 zeigt einen solchen Zusammenhang bei konstantem Zündzeitpunkt. Es ist festzustellen, dass der Zusammenhang nicht linear ist, wobei dieser für geringe Schwankungen jedoch um ein Soll-Luftverhältnis linear angenähert werden kann. Die Steigung einer Ausgleichsgeraden ist abhängig von Last MAF und Drehzahl n.
  • Im homogenen Magerbetrieb kann es erforderlich sein, dass ein anderer Zündwinkel IGA eingestellt wird als im Soll-Kennfeld appliziert wurde. Gründe dafür sind z. B. Klopfregelung oder Eingriffe zur Verbesserung des Fahrkomforts durch Vermeidung von Drehmomentsprüngen. Ein solcher Zündwinkeleingriff hat eine Abweichung der NOx-Emission vom Basiswert zur Folge, wie in Fig. 6 dargestellt ist. Die NOx-Emission ist bei konstantem Luftverhältnis vom Zündzeitpunkt IGA fast linear abhängig. Dabei ist die Steigung der Ausgleichsgeraden je nach Last n und Drehzahl MAF verschieden.
  • Auch im homogen Magerbetrieb beeinflusst die Brennraumtemperatur die NOx-Emission eines Motors. Durch eine kalte Umgebung wird gleichermaßen die Spitzentemperatur der Verbrennung gesenkt. Bei einem kaltem Brennraum ist eine schlechtere Gemischaufbereitung z. B. bei einem direkteinspritzenden Ottomotor auch im homogenen Betrieb vorhanden. Diese kann bei magerem Luftverhältnis sogar zu Verbrennungsaussetzern führen. In Fig. 7 ist der Einfluss der Kühlwassertemperatur, gekennzeichnet durch TCO, als Indikator für die Brennraumtemperatur auf die NOx-Emission dargestellt. Der Zusammenhang zwischen einer Kühlwassertemperatur und der NOx-Emission stellt sich gemäß Fig. 7 linear dar. In erster Näherung ist der Drehzahleinfluss auf die Steigung einer Ausgleichsgeraden vernachlässigbar.
  • Werden die zuvor beschriebenen Zusammenhänge in einem Modell nachgebildet, muss davon ausgegangen werden, dass einzelne Parameter unabhängig voneinander überlagert werden können. Basis für die Berechnung einer emittierten NOx-Masse stellt jeweils das Grundkennfeld im entsprechenden Betriebsbereich dar. Der NOx-Wert kann als Konzentration [ppm] oder Massenstrom [mg/s] angegeben werden. In beiden Fällen besteht die Ungenauigkeit in der nicht berücksichtigten Luftfeuchte im Fahrzeug. Bei der Angabe in mg/s wird Rechenzeit im Steuergerät 8 gespart, da eine Multiplikation mit der Luft- und Kraftstoffmasse entfällt.
  • Der Wert des Grundkennfeldes kann durch Faktoren oder Summanden korrigiert werden, die sich aus den Abweichungen der oben ausgeführten Parameter vom Sollwert ergeben. Den einfachsten Zusammenhang stellt die lineare Abhängigkeit zwischen einem Parameter und der NOx-Emission wie folgt dar:

    NOx = a.x + b
  • Es gibt zwei Möglichkeiten, einen korrigierten NOx-Wert zu ermitteln. Die Verknüpfung erfolgt entweder additiv oder multiplikativ. Gemäß Fig. 8 ist das Prinzip einer additiven Verknüpfung dargestellt. Demnach wird in einem Korrekturkennfeld die Differenz der NOx-Menge in Abhängigkeit von einer Parameterabweichung (x_mes-x_ref) gespeichert. Ist keine Abweichung vorhanden, wird der Korrektursummand zu Null gesetzt.
  • Fig. 9 stellt das Prinzip einer multiplikativen Verknüpfung dar. Im Korrekturkennfeld wird jetzt die auf den Referenzwert bezogene NOx-Emission dimensionslos abgelegt und als Faktor mit einem NOx-Wert des Grundkennfeldes multipliziert.
  • Der Unterschied zwischen additiver und multiplikativer Verknüpfung liegt darin, dass bei einer multiplikativen Verknüpfung die korrigierte NOx-Menge niemals kleiner als Null werden kann. Daher kann das Produkt aus Referenzwert und Korrektur niemals negativ werden. Dagegen ist es bei der additiven Verknüpfung möglich, dass der Betrag eines berechneten Korrektursummanden größer ist als der Referenzwert der NOx-Emission. Ist das Vorzeichen dieses Korrektursummanden negativ, kann der korrigierte NOx-Wert kleiner als Null werden. Die additive Verknüpfung wird bevorzugt verwendet, da sie selbst mit einer anschließenden Limitierung weniger Rechenzeit im Prozessor des Motorsteuergerätes erfordert als die Multiplikation mit einer Dezimalzahl. Da der Einfluss eines Parameters je nach Last und Drehzahl unterschiedlich stark sein kann, so dass sich dies in einer unterschiedlichen Steigung der Ausgleichskurve bemerkbar macht, wird die in Fig. 10 dargestellte Struktur bevorzugt verwendet, um diesen Effekt zu berücksichtigen.
  • In dem Korrekturkennfeld wird nicht mehr der Faktor bzw. Summand für die NOx-Korrektur abgelegt, sondern die Steigung der Ausgleichsgeraden. Diese wird mit der Parameterabweichung multipliziert und ergibt dann den Korrekturwert.
  • Falls der Zusammenhang zwischen einem Parameter und der NOx- Emission nicht durch eine Gerade beschrieben werden kann, muss die Genauigkeit durch ein Polynom n-ten Grades verbessert werden. Allerdings können im Prozessor einer Motorsteuerung keine komplexen mathematischen Funktionen berechnet werden. Es sind lediglich Additionen und Multiplikationen möglich.
  • Im folgenden wird eine Möglichkeit beschrieben, wie z. B. ein Polynom 2. Grades durch Aneinanderreihung von einfachen Additionen und Multiplikationen dargestellt werden kann.

    NOx = a.x2 + b.x + c

    und:

    NOx_ref = a.x ref2 + b.x_ref + c

    Dabei ist "x" der aktuell gemessene Parameter-Istwert, "x_ref" ist der Sollwert des Parameters für den entsprechenden Betriebspunkt, "a", "b" und "c" sind Koeffizienten abhängig vom entsprechenden Betriebspunkt. Es soll die aktuelle NOx-Emission berechnet werden. Durch Differenzbildung fällt der Summand "c" weg und man erhält man folgende Gleichung:

    NOx-NOx_ref = a.(Δx)2 + b.(Δx)

    Die Koeffizienten "a" und "b" können in Kennfeldern abgelegt werden. Demnach sieht die Struktur dann gemäß Fig. 11 aus. Da ein Fehler bei der Bestimmung der Koeffizienten durch die mehrfache Multiplikation potenziert wird, ist eine lineare Approximation möglichst vorzuziehen, auch wenn die Ausgleichsgerade nicht exakt den Verlauf der Messwerte wiedergibt.
  • Die oben beschriebenen Strukturen ermöglichen somit, lineare oder polynomische Abhängigkeiten von bis zu 3 abhängigen Parametern auf die NOx-Emission zu beschreiben. Weitere Parameter mit trennbarem Einfluss können zusätzlich korrigiert werden.
  • Für den Schichtbetrieb wird aufgrund verschiedener Messungen die in Fig. 12 dargestellte Struktur vorgeschlagen.
  • In einem Grundkennfeld wird in Abhängigkeit von Last MFF und Drehzahl N die stationär emittierte NOx-Menge in mg/s abgelegt. Dieser Wert wird bei Abweichungen zwischen einer eingestellten AGR-Rate und einem Sollwert korrigiert. In einem AGR-Korrektur- Kennfeld ist die Steigung einer Näherungsgeraden abgelegt, die den Zusammenhang zwischen AGR-Rate und NOx-Massenstrom beschreibt. Multipliziert mit der Differenz der Ist- und Soll- AGR-Raten ergibt sich ein NOx-Massenstrom, der zu dem Wert des Grundkennfeldes addiert wird. Abschließend wird durch einen Faktor in Abhängigkeit der Kühlwassertemperatur TCO die berechnete NOx-Emission dem thermischen Zustand des Motors entsprechend angeglichen.
  • Zur Berechnung der NOx-Emissionen in einem homogenen Magerbetrieb wird erfindungsgemäß das in Fig. 13 beschriebene Modell vorgeschlagen. In einem Grundkennfeld wird die NOx-Emission in mg/s in Abhängigkeit von Luftmassenstrom MAF und Drehzahl abgelegt. Anschließend erfolgt eine Korrektur, wenn das aktuelle Luftverhältnis λ nicht dem Soll-Luftverhältnis entspricht. Bei einem Zündwinkeleingriff IGA wird die NOx-Menge ebenfalls durch einen Summanden erhöht bzw. reduziert. Abschließend erfolgt wie im Schichtbetrieb eine Korrektur entsprechend dem thermischen Zustand des Motors mit Hilfe der Kühlwassertemperatur TCO.
  • Aufgrund von Streuungen in der Fertigung der Einspritzdüsen ist es möglich, dass einzelne Zylinder nicht die Kraftstoffmenge zugeteilt bekommen, die für ein bestimmtes Soll- Luft/Kraftstoffverhältnis erforderlich ist. Dadurch ist es möglich, dass die einzelnen Zylinder mit unterschiedlichem Luft/Kraftstoffverhältnis betrieben werden, wie z. B. in Fig. 14 dargestellt ist. Die Lambdaregelung gleicht solche Toleranzen zwar aus, indem sie alle Zylinder mit mehr oder weniger Kraftstoff versorgt, so dass in Summe das gewünschte Luft/Kraftstoffverhältnis im Abgas einstellt. Die NOx-Emission eines Zylinder ist dennoch vom Luftverhältnis nicht linear abhängig, wie aus Fig. 15 ersichtlich ist. Dies führt dazu, dass die von einem NOx-Rohemissionsmodell berechnete NOx-Emission nicht mit der messbaren NOx-Emission übereinstimmt.
  • Durch Messung der λ-Werte der einzelnen Zylinder ist es möglich, die Abweichungen der eingespritzten Kraftstoffmengen zu erfassen. Dies kann z. B. durch eine hohe zeitliche Auflösung des mit der λ-Regelsonde gemessen Signals erfolgen. Im Abgas ist die Zündfolge des Verbrennungsmotors wiederzufinden, wie in Fig. 16 für einen 4-Zylindermotor dargestellt ist. Wird der Motor gemäß Fig. 15 betrieben, so erfasst die λ-Sonde die Abweichungen der einzelnen Zylinder vom Soll-Luftverhältnis. Die NOx-Emission des Motors ergibt sich wie folgt aus der Summe der Emissionen der einzelnen Zylinder:

    NOx,ges = NOx,1 + NOx,2 + NOx,3 + NOx,4
  • Die NOx-Emission eines einzelnen Zylinders ergibt sich aus dem Basiswert und einer Korrektur aufgrund der Abweichung vom Basis-λ-Wert und dem gemessenen λ-Wert.


  • Somit ist es möglich, die NOx-Rohemission eines Verbrennungsmotors trotz Abweichungen der einzelnen Zylinder im Verbrennungsluftverhältnis genau zu bestimmen.
  • Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann eine Überwachung der NOx-Emissionsmasse erfolgen. Ferner ist es möglich, eine Überwachung bezüglich der Gleichmäßigkeit der Verbrennung in den einzelnen Zylindern durchzuführen. Der Einsatz eines zusätzlichen NOx-Sensors zur Redundanz des Systems ist weiterhin denkbar, um einen Vergleich des gemessenen Wertes mit dem berechneten Wert für NOx vorzunehmen. Die ermittelten Werte für NOx können für die Steuerung bzw. Regelung von Abgasnachbehandlungssystemen benutzt werden. Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für den Einsatz im Fahrzeug bei der sogenannten On Bord-Diagnose sowohl bei fremdgezündeten als auch bei selbstgezündeten Brennkraftmaschinen, und ermöglicht eine ständige Berechnung und Kontrolle der NOx-Emission für einen 2-Takt oder 4-Takt-Brennkraftmaschinen. Es ist auch denkbar die Erkenntnisse der vorliegenden Erfindung zur Durchführung von Versuchen auf Prüfständen zu übertragen.

Claims (10)

1. Verfahren zur Ermittlung der im Abgas enthaltenen Stickoxidemissionen einer insbesondere mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine mit einem in einem Zylinder angeordneten Brennraum, einem Katalysator, einer Abgasrückführvorrichtung und einer Motorsteuerung, wobei
eine dem Brennraum zugeführten Kraftstoffmenge,
eine dem Brennraum zugeführten Luftmenge,
eine Abgasrückführrate, und
eine Drehzahl der Brennkraftmaschine erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass
im Schichtbetrieb der thermische Zustand des Brennraums erfasst und
aus einem Wert des thermischen Zustands des Brennraums sowie den Werten der Kraftstoffmenge, der Drehzahl und der Abgasrückführrate die Masse der Stickoxidemission berechnet wird.
2. Verfahren zur Ermittlung der im Abgas enthaltenen Stickoxidemissionen einer insbesondere mit Luftüberschuss betriebenen Brennkraftmaschine mit einem in einem Zylinder angeordneten Brennraum, einem Katalysator, einer Abgasrückführvorrichtung und einer Motorsteuerung, wobei
eine dem Brennraum zugeführten Kraftstoffmenge,
ein Luftverhältnis durch eine dem Brennraum zugeführten Luftmenge,
eine Abgasrückführrate,
ein Zündzeitpunkt, und
eine Drehzahl der Brennkraftmaschine erfasst werden, dadurch gekennzeichnet, dass
im Homogenbetrieb der thermische Zustand des Brennraums erfasst und
aus dem Wert des thermischen Zustands des Brennraums sowie den Werten der Kraftstoffmenge, der Drehzahl, des Luftverhältnisses und dem Zündzeitpunkt die Masse der Stickoxidemission berechnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des thermisches Zustands des Brennraums die Brennraumtemperatur erfasst wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumtemperatur durch Erfassung einer Zylinderwandtemperatur im Brennraumbereich oder einer Zylinderkopftemperatur im Brennraumbereich vorzugsweise durch einen Temperatursensor erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Brennraumtemperatur durch Erfassung einer Kühlmitteltemperatur insbesondere im Bereich des Brennraums durch einen Temperatursensor erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Masse der Stickoxidemission zur Annäherung des Zusammenhangs zwischen dem Luftverhältnis, der Abgasrückführrate und der Stickoxidemission ein Polynom 2. Grades verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Masse der Stickoxidemission die Reihenfolge der Eingangsgrößen beliebig ist, und die Verknüpfung der Eingangsgrößen multiplikativ erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung der Masse der Stickoxidemission die Reihenfolge der Eingangsgrößen beliebig ist, und die Verknüpfung der Eingangsgrößen additiv erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur der berechneten Masse der Stickoxidemission durch das Luftverhältnis der einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgt.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftverhältnis eines einzelnen Zylinders der Brennkraftmaschine durch eine zeitliche Auflösung eines mit einer Lambda-Regelsonde gemessenen Signals erfasst wird.
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007042748A1 (de) * 2007-09-07 2009-03-12 Testo Ag Verfahren und Vorrichtung zur Motorabgasmessung
DE102008057209A1 (de) * 2008-11-13 2010-05-27 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einem Stellglied
DE102009021793A1 (de) 2009-05-18 2010-11-25 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zum Bestimmen der Stickoxidemission im Brennraum eines Dieselmotors
DE102004011582B4 (de) * 2004-03-10 2011-04-14 Audi Ag Verfahren zur Verringerung der Abgasemissionen von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren sowie Kraftfahrzeug
DE102010046491A1 (de) 2010-09-24 2012-03-29 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zum Bestimmen einer Schadstoffemission im Brennraum eines Dieselmotors
WO2015059034A1 (fr) * 2013-10-24 2015-04-30 Renault S.A.S. Système et procédé d'estimation du débit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile
EP2796694A3 (de) * 2013-04-25 2015-09-09 International Engine Intellectual Property Company, LLC Brennkraftmaschinenabgas-NOx-Modell
DE102008004214B4 (de) * 2008-01-14 2017-07-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung der NOx-Emission einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung
DE102015108607B4 (de) * 2014-06-09 2020-02-27 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Verfahren zum Schätzen eines den Motor verlassenden NOx-Massendurchflusses
DE112013007115B4 (de) 2013-05-25 2022-09-29 International Engine Intellectual Property Company, Llc Stromabwärtige NOx-Schätzung
DE102021126386B3 (de) 2021-10-12 2023-03-02 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung
DE102013200647B4 (de) 2012-01-17 2023-06-07 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Korrekturkoeffizienten-Setzverfahren für eine Gaskonzentrations-Erfassungsvorrichtung
DE102023201366B3 (de) 2023-02-17 2024-05-08 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung
WO2024188699A1 (de) * 2023-03-10 2024-09-19 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben einer antriebseinrichtung für ein kraftfahrzeug sowie entsprechende antriebseinrichtung

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6775623B2 (en) * 2002-10-11 2004-08-10 General Motors Corporation Real-time nitrogen oxides (NOx) estimation process
DE10316112A1 (de) * 2003-04-09 2004-10-28 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit Selbstzündung
JP2007239686A (ja) * 2006-03-10 2007-09-20 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
FR2906841B1 (fr) * 2006-10-09 2008-12-12 Renault Sas Systeme de determination du debit massique d'oxydes d'azote emis dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne
FR2933736B1 (fr) * 2008-07-10 2012-07-20 Peugeot Citroen Automobiles Sa Procede de controle instantane des emissions d'oxydes d'azote
US8762026B2 (en) * 2010-08-24 2014-06-24 GM Global Technology Operations LLC System and method for determining engine exhaust composition
KR101234637B1 (ko) * 2010-11-18 2013-02-19 현대자동차주식회사 질소산화물의 양을 예측하는 방법 및 이를 이용한 배기 장치
JP5240367B2 (ja) * 2011-04-25 2013-07-17 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃焼生成物生成量推定装置、デポジット剥離量推定装置、デポジット堆積量推定装置、および、燃料噴射制御装置
EP2574763A1 (de) * 2011-09-30 2013-04-03 Volvo Car Corporation Verfahren und Anordnung zur Schätzung der NOx-Emission
US10202923B2 (en) * 2012-04-16 2019-02-12 Ford Global Technologies, Llc Method for estimating intake air humidity
DE102014210841A1 (de) * 2014-06-06 2015-12-17 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Ermitteln einer Stickoxid-Emission beim Betrieb einer Brennkraftmaschine

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19543219C1 (de) * 1995-11-20 1996-12-05 Daimler Benz Ag Verfahren zum Betreiben eines Dieselmotors
DE19851319C2 (de) * 1998-11-06 2003-03-20 Siemens Ag Verfahren zum Bestimmen der NOx-Rohemission einer mit Luftüberschuß betreibbaren Brennkraftmaschine
DE10043690A1 (de) * 2000-09-04 2002-03-14 Bosch Gmbh Robert Verfahren zur NOx-Massenstrombestimmung aus Kennfelddaten bei variabler Lufteinlass- und Motortemperatur

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004011582B4 (de) * 2004-03-10 2011-04-14 Audi Ag Verfahren zur Verringerung der Abgasemissionen von Kraftfahrzeugverbrennungsmotoren sowie Kraftfahrzeug
DE102007042748B4 (de) * 2007-09-07 2009-06-25 Testo Ag Verfahren und Vorrichtung zur Motorabgasmessung
DE102007042748A1 (de) * 2007-09-07 2009-03-12 Testo Ag Verfahren und Vorrichtung zur Motorabgasmessung
DE102008004214B4 (de) * 2008-01-14 2017-07-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung der NOx-Emission einer Brennkraftmaschine mit Abgasrückführung
DE102008057209A1 (de) * 2008-11-13 2010-05-27 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einem Stellglied
DE102008057209B4 (de) * 2008-11-13 2010-09-09 Continental Automotive Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einem Stellglied
DE102009021793A1 (de) 2009-05-18 2010-11-25 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zum Bestimmen der Stickoxidemission im Brennraum eines Dieselmotors
DE102009021793B4 (de) 2009-05-18 2020-08-06 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zum Bestimmen der Stickoxidemission im Brennraum eines Dieselmotors
DE102010046491B4 (de) 2010-09-24 2022-05-05 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zum Bestimmen einer Schadstoffemission im Brennraum eines Dieselmotors
DE102010046491A1 (de) 2010-09-24 2012-03-29 Iav Gmbh Ingenieurgesellschaft Auto Und Verkehr Verfahren zum Bestimmen einer Schadstoffemission im Brennraum eines Dieselmotors
DE102013200647B4 (de) 2012-01-17 2023-06-07 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Korrekturkoeffizienten-Setzverfahren für eine Gaskonzentrations-Erfassungsvorrichtung
EP2796694A3 (de) * 2013-04-25 2015-09-09 International Engine Intellectual Property Company, LLC Brennkraftmaschinenabgas-NOx-Modell
US9921131B2 (en) 2013-04-25 2018-03-20 International Engine Intellectual Property Company, Llc. NOx model
DE112013007115B4 (de) 2013-05-25 2022-09-29 International Engine Intellectual Property Company, Llc Stromabwärtige NOx-Schätzung
CN105683547A (zh) * 2013-10-24 2016-06-15 雷诺股份公司 用于估算机动车辆内燃发动机的排气中的氮氧化物的流速的系统和方法
FR3012526A1 (fr) * 2013-10-24 2015-05-01 Renault Sa Systeme et procede d'estimation du debit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne pour vehicule automobile.
WO2015059034A1 (fr) * 2013-10-24 2015-04-30 Renault S.A.S. Système et procédé d'estimation du débit d'oxydes d'azotes dans les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne pour véhicule automobile
DE102015108607B4 (de) * 2014-06-09 2020-02-27 GM Global Technology Operations LLC (n. d. Gesetzen des Staates Delaware) Verfahren zum Schätzen eines den Motor verlassenden NOx-Massendurchflusses
DE102021126386B3 (de) 2021-10-12 2023-03-02 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung
DE102023201366B3 (de) 2023-02-17 2024-05-08 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung
WO2024188699A1 (de) * 2023-03-10 2024-09-19 Audi Aktiengesellschaft Verfahren zum betreiben einer antriebseinrichtung für ein kraftfahrzeug sowie entsprechende antriebseinrichtung

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