DE102007038411B4

DE102007038411B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102007038411B4
Application number: DE102007038411A
Authority: DE
Inventors: Peter Bauer; Tahar Dr. Zrilli
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2027-08-15
Also published as: KR20100047893A; DE102007038411A1; US20110264352A1; KR101455601B1; WO2009021847A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (14) eines Kraftfahrzeugs, bei dem
– während mehrerer Fahrzyklen des Kraftfahrzeugs
– je ein Verlauf zumindest einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine aufgezeichnet wird, die repräsentativ für einen Schadstoffgehalt eines Abgases der Brennkraftmaschine ist,
– die aufgezeichneten Verläufe im Hinblick auf sich wiederholende Verlaufsmuster (RUN_PAT) analysiert werden,
– bei einem aktuellen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs
– unter Verwendung der sich wiederholenden Verlaufsmuster (RUN_PAT) ein Sollwert (LD_SP) eines Ammoniakbeladungsgrades eines Abgaskatalysators (23) der Brennkraftmaschine ermittelt wird,
– abhängig von dem ermittelten Sollwert (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades zumindest ein Stellsignal (SIG) für ein Stellglied ermittelt wird, dessen Stellung sich auf einen tatsächlichen Ammoniakbeladungsgrad des Abgaskatalysators (23) auswirkt,
– zum Umsetzen des ermittelten Sollwerts (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades des Abgaskatalysators (23) abhängig von dem Stellsignal (SIG) das Stellglied angesteuert wird, und
– bei dem die sich wiederholenden Verlaufsmuster (RUN_PAT) nur dann beim Ermitteln des Sollwerts...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Dazu wird während mehrerer Fahrzyklen des Kraftfahrzeugs je ein Verlauf zumindest einer Betriebsgröße aufgezeichnet, die repräsentativ für einen Schadstoffgehalt eines Abgases der Brennkraftmaschine ist.
Zur Reduzierung eines Schadstoffgehalts im Abgas einer Brennkraftmaschine kann eine Abgasnachbehandlung mit einem Reduktionsmittel durchgeführt werden. Der Schadstoffgehalt umfasst beispielsweise einen Stickoxidgehalt des Abgases. Das Reduktionsmittel umfasst beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung und/oder ein Komplexsalz. Die Abgasnachbehandlung wird zumindest teilweise in einem Abgaskatalysator, insbesondere einem Selective-Catalytic-Reduction-Katalysator (SCR-Katalysator), durchgeführt. Die wässrige Harnstofflösung kann auch als Harnstoff bezeichnet werden. Zur Abgasnachbehandlung wird die wässrige Harnstofflösung mit einer Flüssigkeitspumpe zu einem Harnstoffeinspritzventil gepumpt, das die Harnstofflösung stromaufwärts des Abgaskatalysators in einen Abgasstrom in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine zumisst. Die Harnstofflösung reagiert in dem heißen Abgasstrom zu Ammoniak und Kohlendioxid. Das Komplexsalz gibt abhängig von seiner Temperatur gasförmigen Ammoniak ab. In dem Abgaskatalysator reagiert dann der Ammoniak mit dem Stickoxidgemisch des Abgases zu Stickstoff und Wasser.
Die DE 10 2006 009 935 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Stickoxidreduktionskatalysators mit Ammoniakspeicherfähigkeit, dem Abgas einer Brennkraftmaschine zugeführt wird, bei welchem als Reduktionsmittel Ammoniak oder ein Stoff, aus welchem Ammoniak freigesetzt werden kann, mit einer einstellbaren Dosierrate dem Abgas zugegeben wird. Bei diesem Verfahren wird in einem ersten, oberen Temperaturbereich des Stickoxidreduktionskatalysators ein Ammoniakfüllstand im Stickoxidreduktionskatalysator insbesondere durch Summation und zeitliche Integration wenigstens einer Umsatzrate von im Stickoxidreduktionskatalysator umgesetzten Ammoniak und/oder Stickoxid und einer Zufuhrrate von dem Stickoxidreduktionskatalysator zugeführten Ammoniak ermittelt und die Dosierrate des Reduktionsmittels derart ermittelt und eingestellt, dass ein vorgebbarer Sollwert für den Ammoniakfüllstand im Stickoxidreduktionskatalysator wenigstens annähernd erreicht wird. In einem zweiten, unteren Temperaturbereich des Stickoxidreduktionskatalysators wird die Zugabe von Reduktionsmittel gestoppt. In einem dritten, mittleren Temperaturbereich des Stickoxidreduktionskatalysators, der an den ersten Temperaturbereich und an den zweiten Temperaturbereich angrenzt, wird die auf analoge Weise wie im ersten Temperaturbereich ermittelte Dosierrate des Reduktionsmittels wenigstens zeitweise um ein vorgebbares Maß erhöht.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine besonders effektive Abgasnachbehandlung eines Abgases der Brennkraftmaschine mittels eines Abgasnachbehandlungs-System ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Während mehrerer Fahrzyklen des Kraftfahrzeugs wird je ein Verlauf zumindest einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine aufgezeichnet. Die Betriebsgröße ist repräsentativ für einen Schadstoffgehalt eines Abgases der Brennkraftmaschine. Die aufgezeichneten Verläufe werden im Hinblick auf sich wiederholende Verlaufsmuster analysiert. Bei einem aktuellen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs wird unter Verwendung der sich wiederholenden Verlaufsmuster ein Sollwert eines Ammoniakbeladungsgrads eines Abgaskatalysators der Brennkraftmaschine ermittelt. Abhängig von dem ermittelten Sollwert des Ammoniakbeladungsgrads wird zumindest ein Stellsignal für ein Stellglied ermittelt. Eine Stellung des Stellglieds wirkt sich auf einen tatsächlichen Ammoniakbeladungsgrad des Abgaskatalysators aus. Zum Umsetzen des ermittelten Sollwerts des Ammoniakbeladungsgrads des Abgaskatalysators wird abhängig von dem ermittelten Stellsignal das Stellglied angesteuert. Die sich wiederholenden Verlaufsmuster werden nur dann beim Ermitteln des Sollwerts des Ammoniakbeladungsgrades berücksichtigt, wenn eine Häufigkeit, mit der die entsprechenden sich wiederholenden Verlaufsmuster jeweils in den aufgezeichneten Verläufen auftreten, größer als ein vorgegebener erster Schwellenwert ist.
Dies ermöglicht, den Ammoniakbeladungsgrad des Abgaskatalysators schon im Voraus auf einen sich ändernden Schadstoffgehalt des Abgases einzustellen. Dadurch kann sowohl ein Stickoxiddurchbruch als auch ein Ammoniakdurchbruch des Abgaskatalysators vermieden werden. Dies trägt zu einer besonders effektiven Abgasnachbehandlung des Abgases der Brennkraftmaschine mittels eines Abgasnachbehandlungs-Systems, insbesondere des Abgaskatalysators, bei. Die Betriebsgröße der Brennkraftmaschine umfasst beispielsweise eine Drehzahl, ein Dreh moment, eine Abgastemperatur und/oder eine Last der Brennkraftmaschine. Die Last der Brennkraftmaschine ist beispielsweise durch einen Luftmassenstrom in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine oder durch einen Saugrohrdruck in einem Saugrohr des Ansaugtrakts der Brennkraftmaschine charakterisiert. Der Abgaskatalysator umfasst beispielsweise einen SCR-Katalysator. Des Weiteren kann dies einfach dazu beitragen, dass der Ammoniakbeladungsgrad nicht unnötig auf einem voraussichtlichen Schadstoffgehalt des Abgases eingestellt wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird bei dem aktuellen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs der Sollwert des Ammoniakbeladungsgrads des Abgaskatalysators unter Verwendung der sich wiederholenden Verlaufsmuster ermittelt, indem ein aktueller Verlauf der Betriebsgröße ermittelt wird. Unter Verwendung der sich wiederholenden Verlaufsmuster und abhängig von dem ermittelten aktuellen Verlauf der Betriebsgröße wird eine Tendenz ermittelt, mit der sich der Schadstoffgehalt des Abgases voraussichtlich ändern wird. Abhängig von der ermittelten Tendenz wird der Sollwert des Ammoniakbeladungsgrads des Abgaskatalysators ermittelt und umgesetzt. Dies ermöglicht besonders einfach, den Beladungsgrad des Abgaskatalysators rechtzeitig auf den sich ändernden Schadstoffgehalt des Abgases vorzubereiten. Ferner nutzt dies die Erkenntnis, dass ein vorgegebener Fahrer des Kraftfahrzeugs grundsätzlich immer wieder gleiche Strecken fährt und auch regelmäßig ein gleiches Fahrverhalten hat. Beispielsweise ist ein Fahrer grundsätzlich ein aggressiver oder ein defensiver Fahrer. Ferner unterscheidet sich das Fahrverhalten eines Fahrers, der hauptsächlich in der Stadt unterwegs ist, beispielsweise eines Taxifahrers, grundsätzlich von dem Fahrverhalten eines Pendlers. Ein weiteres unterschiedliches Fahrverhalten hat beispielsweise ein Vertreter, der beispielsweise hauptsächlich auf Autobahnen unterwegs ist. Besonders vorteilhaft ist das vorausschauende Beladen des Abgaskatalysators mit Ammoniak für Kraftfahrzeuge deren Fahrtstrecken immer wieder identisch sind, beispielsweise bei Linienbussen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen wird der Sollwert des Ammoniakbeladungsgrads des Abgaskatalysators so ermittelt und umgesetzt, dass nach dem Umsetzen des Sollwerts des Ammoniakbeladungsgrads des Abgaskatalysators der Abgaskatalysator so mit Ammoniak beladen ist, dass die dann voraussichtlich in dem Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Ammoniak umwandelbar sind. Dies trägt zu der besonders effektiven Abgasnachbehandlung mittels des Abgasnachbehandlungs-Systems bei, da vorzugsweise alle Stickoxide des Abgases mit dem Ammoniak, mit dem der Abgaskatalysator beladen ist, zu Stickstoff und Wasser reagieren können.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Tendenz mit einem Wahrscheinlichkeitswert bewertet. Der Wahrscheinlichkeitswert ist repräsentativ dafür, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein aktueller Verlauf des Schadstoffgehalts des Abgases der ermittelten Tendenz folgen wird. Der Sollwert des Ammoniakbeladungsgrads des Abgaskatalysators wird nur dann abhängig von der ermittelten Tendenz ermittelt, wenn der Wahrscheinlichkeitswert größer als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert ist. Dies trägt einfach dazu bei, dass der Ammoniakbeladungsgrad nicht unnötigerweise auf einen vorgegebenen Ammoniakbeladungsgrad eingestellt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine,
2 ein Abgasnachbehandlungs-System der Brennkraftmaschine,
3 ein Ablaufdiagramm eines ersten Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine,
4 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Programms zum Betreiben der Brennkraftmaschine.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Eine Brennkraftmaschine 14 (1) umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4. Der Ansaugtrakt 1 umfasst bevorzugt eine Drosselklappe 5, einen Sammler 6 und ein Saugrohr 7, das hin zu einem Zylinder Z1–Z4 über einen Einlasskanal in einen Brennraum 9 des Motorblocks 2 geführt ist. Der Brennraum 9 kommuniziert abhängig von einer Schaltstellung eines Gaseinlassventils 12 oder eines Gasauslassventils 13 mit dem Ansaugtrakt 1 bzw. mit dem Abgastrakt 4. Der Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 8, die über eine Pleuelstange 10 mit einem Kolben 11 des Zylinders Z1–Z4 gekoppelt ist. Die Brennkraftmaschine 14 umfasst vorzugsweise weitere Zylinder Z1–Z4. Die Brennkraftmaschine 14 ist bevorzugt in einem Kraftfahrzeug angeordnet.
In dem Zylinderkopf 3 ist bevorzugt ein Kraftstoff-Einspritzventil 18 angeordnet. Falls die Brennkraftmaschine 14 keine Diesel-Brennkraftmaschine ist, so sind vorzugsweise jedem Zylinder Z1–Z4 je eine Zündkerze zugeordnet. Alternativ kann das Kraftstoff-Einspritzventil 18 auch in dem Saugrohr 7 angeordnet sein.
Ferner ist dem Abgastrakt 4 vorzugsweise ein Abgasnachbehandlungs-System zugeordnet (2). Das Abgasnachbehandlungs-System umfasst beispielsweise ein SCR-System. Das Abgasnach behandlungs-System umfasst einen Reduktionsmitteltank zum Aufnehmen eines Reduktionsmittels, ein Reduktionsmittelzumessventil und vorzugsweise eine Reduktionsmittelpumpe zum Versorgen des Reduktionsmittelzumessventils mit Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmitteltank.
Der Reduktionsmitteltank umfasst vorzugsweise einen Harnstofftank 40. Das Reduktionsmittelzumessventil umfasst vorzugsweise ein Harnstoffeinspritzventil 54. Die Reduktionsmittelpumpe umfasst vorzugsweise eine Pumpe 42. Das Reduktionsmittel umfasst vorzugsweise Harnstoff. Alternativ oder zusätzlich kann das Reduktionsmittel ein Komplexsalz umfassen. Der Harnstoff kann aus dem Harnstofftank 40 über eine Harnstoffleitung 41 mittels der Pumpe 42 zu dem Harnstoffeinspritzventil 54 geleitet werden. Das Zumessen des Harnstoffs in den Abgastrakt 4 kann zusätzlich oder alternativ zu dem Harnstoffeinspritzventil 54 über ein Harnstoffventil 52 an der Harnstoffleitung 41 gesteuert werden.
Stromaufwärts des Harnstoffeinspritzventils 54 ist vorzugsweise ein Russpartikelfilter 21 angeordnet. Stromabwärts des Harnstoffeinspritzventils 54 ist vorzugsweise eine Mischvorrichtung 56 zum Mischen des zugemessenen Harnstoffs, insbesondere des Ammoniaks, mit Abgas in dem Abgastrakt 4 angeordnet. Ferner ist stromabwärts der Mischvorrichtung 56 ein Abgaskatalysator 23 angeordnet. Zusätzlich zu dem Abgaskatalysator 23 kann stromaufwärts des Abgaskatalysators 23 und stromabwärts der Mischvorrichtung 56 ein Hydrolysekatalysator vorgesehen sein und stromabwärts des Abgaskatalysators 23 kann ein Oxidationskatalysator vorgesehen sein. Der Abgaskatalysator umfasst vorzugsweise einen SCR-Katalysator.
Falls die Brennkraftmaschine 14 mit einem mageren Gemisch betrieben wird und sich somit im Magerbetrieb befindet, wird bei einem Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine 14 dem Brennraum 9 weniger Kraftstoff zugeführt als mit dem Sauerstoff in dem Brennraum 9 verbrannt werden kann. Dadurch bil den sich gegenüber einem stöchiometrischen Betrieb der Brennkraftmaschine 14 vermehrt Stickoxide, die dann in dem Abgas enthalten sind. Die Stickoxide können in dem Abgaskatalysator 23 mit Ammoniak zu elementarem Stickstoff und Wasser reagieren. Deshalb wird dem Abgastrakt 4 mit dem Harnstoffeinspritzventil 54 bevorzugt der Harnstoff zugemessen, aus dem in einer chemischen Reaktion der Ammoniak hervorgeht. Der Harnstoff, insbesondere der Ammoniak, vermischen sich hauptsächlich in der Mischvorrichtung 56 mit dem Abgas der Brennkraftmaschine 14. Der Harnstoff kann auch als wässrige Harnstofflösung bezeichnet werden.
Eine Steuereinrichtung 25 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und jeweils den Wert der Messgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 25 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen mindestens eine Stellgröße, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern der Stellglieder mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden. Die Steuereinrichtung 25 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Brennkraftmaschine 14 bezeichnet werden.
Die Sensoren sind beispielsweise ein Pedalstellungsgeber 26, der eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals 27 erfasst, ein Luftmassensensor 28, der einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 5 erfasst, ein Temperatursensor 32, der eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Saugrohrdrucksensor 34, der einen Saugrohrdruck in dem Sammler 6 erfasst, ein Kurbelwellenwinkelsensor 36, der einen Kurbelwellenwinkel erfasst, dem dann eine Drehzahl der Brennkraftmaschine 14 zugeordnet werden kann, einen Reduktionsmitteltemperatursensor, insbesondere einen Harnstofftemperatursensor 43 zum Erfassen einer Harnstofftemperatur des Harnstoffs in dem Harnstofftank 40. Ferner ist eine Abgassonde 38 vorgesehen, die beispielsweise stromabwärts des Abgaskatalysators 23 angeordnet ist und beispielsweise den Schadstoffgehalt, insbesondere einen Stick oxidgehalt und/oder einen Harnstoffgehalt des Abgases erfasst.
Je nach Ausführungsform der Erfindung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 5, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 12, 13, das Kraftstoff-Einspritzventil 18, das Harnstoffeinspritzventil 54, das Harnstoffventil 52, die Pumpe 42 und/oder gegebenenfalls die Zündkerze.
Auf einem Speichermedium der Steuereinrichtung 25 ist vorzugsweise ein erstes Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine 14 abgespeichert (3). Das erste Programm dient dazu, einen Verlauf zumindest einer der Betriebsgrößen aufzuzeichnen, die repräsentativ für den Schadstoffgehalt des Abgases der Brennkraftmaschine 14 sind. Ferner dient das erste Programm dazu, in den aufgezeichneten Verläufen der Betriebsgröße nach sich wiederholenden Verlaufsmustern RUN_PAT zu suchen und gegebenenfalls aufzuzeichnen. In anderen Worten dient das erste Programm dazu, den Verlauf der Betriebsgröße im Hinblick auf die sich wiederholenden Verlaufmuster RUN_PAT zu analysieren.
Das erste Programm wird vorzugsweise zeitnah einem Motorstart der Brennkraftmaschine in einem Schritt S1 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
In einem Schritt S2 wird ein Wert der Betriebsgröße der Brennkraftmaschine ermittelt. Beispielsweise wird ein Istwert LOAD_AV einer Last oder Lastgröße der Brennkraftmaschine ermittelt ein Wert N_AV der Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann in diesem Zusammenhang der Saugrohrdruck und/oder eine Verbrennungstemperatur eines Verbrennungsprozesses der Brennkraftmaschine als Betriebsgröße verwendet werden.
In einem Schritt S3 wird mittels einer Speicheranweisung SAVE ein Verlauf der Betriebsgröße abgespeichert. Insbesondere werden in dem Schritt S3 ein Verlauf LOAD_RUN der Lastgröße und/oder ein Verlauf N_RUN der Drehzahl der Brennkraftmaschine abgespeichert.
In einem Schritt S4 werden mittels einer Analyseanweisung ANALYZE die Verläufe LOAD_RUN der Lastgröße und des Verlaufs N_RUN der Drehzahl der Brennkraftmaschine in Hinblick auf die sich wiederholenden Verlaufsmuster RUN_PAT untersucht.
In einem Schritt S5 wird überprüft, ob in den aufgezeichneten Verläufen zumindest ein, vorzugsweise mehrere sich wiederholende Verlaufsmuster RUN_PAT vorkommen. Dazu kann ein vorgegebener Algorithmus beispielsweise die Verläufe in Hinblick auf auftretende und sich wiederholende Gradienten untersucht werden. Ferner können die Schritte S4 und S5 auch in einem Schritt abgearbeitet werden.
In einem Schritt S6 wird vorzugsweise eine Anzahl PAT_AM ermittelt, mit der zumindest eines der Verlaufsmuster RUN_PAT in den aufgezeichneten Verläufen der Betriebsgröße auftritt. Insbesondere wird in dem Schritt S6 überprüft, ob die Anzahl PAT_AM der sich wiederholenden Verlaufsmuster RUN_PAT größer als ein vorgegebener Schwellenwert THD ist. Ist die Bedingung des Schritts S6 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S7 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schritts S6 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung erneut in dem Schritt S2 fortgesetzt.
In einem Schritt S7 wird mittels der Speicheranweisung SAVE zumindest eines der ermittelten Verlaufsmuster RUN_PAT abgespeichert.
In einem Schritt S8 kann das erste Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine beendet werden. Vorzugsweise wird jedoch das erste Programm regelmäßig während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet.
Vorzugsweise ist auf dem Speichermedium der Steuereinrichtung 25 ein zweites Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine abgespeichert (4). Das zweite Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine dient dazu, während eines aktuellen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs die Betriebsgröße und deren Verlauf aufzuzeichnen und unter Verwendung der aufgezeichneten Verläufe der Betriebsgröße und insbesondere der abgespeicherten sich wiederholenden Verlaufsmuster RUN_PAT der Verläufe einen voraussichtlichen Schadstoffgehalt des Abgases zu schätzen und davon abhängig einen Ammoniakbeladungsgrad des Abgaskatalysators 23 so vorzugeben, dass vorzugsweise alle voraussichtlich in dem Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Ammoniak reagieren können und dass sich kein Ammoniakdurchbruch des Abgaskatalysators 23 ereignet.
Das zweite Programm wird vorzugsweise zeitnah dem Motorstart der Brennkraftmaschine in einem Schritt S9 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden.
Die Schritte S10 bis S12 des zweiten Programms werden vorzugsweise entsprechend den Schritten S2 bis S4 des ersten Programms abgearbeitet.
In einem Schritt S13 wird überprüft, ob ein aktuelles Verlaufsmuster PAT_AV der aktuell aufgezeichneten Betriebsgröße einem bereits aufgezeichneten sich wiederholenden Verlaufsmuster RUN_PAT zumindest näherungsweise entspricht. Ist die Bedingung des Schritts S13 erfüllt, so wird die Bearbeitung in einem Schritt S14 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schritts S13 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung einem Schritt S10 fortgesetzt.
In dem Schritt S14 wird eine Tendenz TREND ermittelt, die repräsentativ dafür ist, wie sich der Schadstoffgehalt des Abgases voraussichtlich zeitnah verändern wird. Zeitnah bedeutet in diesem Zusammenhang vorzugsweise genau solange, wie das Einstellen eines vorgegebenen Beladungsgrades des Abgaskatalysators mit Ammoniak dauert, so dass genügend Ammoniak für den sich verändernden Schadstoffgehalt des Abgases im Abgaskatalysator 23 zum Umwandeln der Stickoxide zur Verfügung steht. Beispielsweise kann in dem Schritt S14 ermittelt werden, dass voraussichtlich in einer Sekunde mit einem zunehmenden Schadstoffgehalt des Abgases zu rechnen ist.
In einem Schritt S15 wird abhängig von der ermittelten Tendenz TREND ein Sollwert LD_SP des Beladungsgrads des Abgaskatalysators 23 ermittelt. Beispielsweise kann bei dem voraussichtlich zunehmenden Schadstoffgehalt des Abgases der Ammoniakbeladungsgrad schon vor der Änderung der Schadstoffgehalts des Abgases erhöht werden.
In einem Schritt S16 kann abhängig von dem ermittelten Sollwert LD_SP des Ammoniakbeladungsgrads des Abgaskatalysators 23 ein Stellsignal SIG für ein Stellglied ermittelt werden. Das Stellsignal kann beispielsweise mittels eines Kennfelds oder einer Modellrechnung ermittelt werden, die beispielsweise an einem Motorprüfstand aufgezeichnet werden können. Das Stellglied ist eines der Stellglieder, deren Stellung sich auf den tatsächlichen Ammoniakbeladungsgrad des Abgaskatalysators 23 auswirken. Vorzugsweise ist das Stellglied das Harnstoffeinspritzventil 54 und/oder das Harnstoffventil 52.
In einem Schritt S17 erfolgt eine Ansteuerung CTL des entsprechenden Stellglieds zum Umsetzen des Sollwerts LD_SP des Ammoniakbeladungsgrads des Abgaskatalysators 23.
In einem Schritt S18 kann das zweite Programm beendet werden. Vorzugsweise wird das zweite Programm jedoch regelmäßig während des Betriebs der Brennkraftmaschine abgearbeitet.
Das erste und/oder das zweite Programm zum Betreiben der Brennkraftmaschine 14 können in weitere Unterprogramme unterteilt sein oder in einem übergeordneten Programm implementiert sein.
Die beiden Programme, die geeignet sind, die Abgasnachbehandlung der Brennkraftmaschine 14 besonders effektiv durchzuführen, nutzen die Erkenntnis, dass mit ein und demselben Kraftfahrzeug regelmäßig die selben Fahrer fahren, die jeweils individuelle Fahrverhalten haben, und/oder dass mit den selben Kraftfahrzeugen regelmäßig die selben Strecken gefahren werden.
Beispielsweise können die sich wiederholenden Verlaufsmuster RUN_PAT repräsentativ für einen aggressiven Fahrer sein. Dabei bezieht sich die Aggressivität des Fahrers auf den Fahrstil des Fahrers. Falls unter Verwendung der aufgezeichneten sich wiederholenden Verlaufsmuster RUN_PAT der Betriebsgröße der aggressive Fahrer erkannt wird, so sollte bei diesem beispielsweise zu Beginn des Fahrzyklus mehr Ammoniak im Abgaskatalysator 23 bereit gestellt werden, da bei aggressivem Fahrverhalten mehr Stickoxide produziert werden gegenüber defensivem Fahrverhalten. Das aggressive Fahrverhalten bedingt jedoch eine höhere Temperatur des Abgaskatalysators 23, was zu einer geringeren maximalen Beladung des Abgaskatalysators 23 führt. Aufgrund der geringeren maximalen Beladung des Abgaskatalysators 23 kann jedoch weniger Ammoniak eingelagert werden, da sonst der Ammoniakdurchbruch auftritt, was zu einer unangenehmen Geruchsbelästigung führt. Die sich wiederholenden Verlaufsmuster RUN_PAT der Betriebsgröße weisen bei dem aggressiven Fahrer beispielsweise häufige Lastwechsel und hohe Temperatursprünge, beispielsweise beim Verbrennungsprozess, auf.
Zu den aggressiven Fahrern zählen auch Fahrer, die permanent einen hohen Drehmomentwunsch haben. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Abgaskatalysators 23 zusätzlich, was gerade bei einem zwischenzeitlichen Fahrzeugsstillstand zu dem Ammoniakdurchbruch führen kann, da eine Kühlung aufgrund des Fahrtwindes im Stillstand ausfällt.
Ferner weisen Kraftfahrzeuge, die grundsätzlich nur im Stadtverkehr betrieben werden, spezielle Verläufe der Betriebsgröße und damit auch die sich wiederholenden Verlaufsmuster RUN_PAT der Betriebsgröße auf. Derartige Kraftfahrzeuge sind beispielsweise Taxis im Stadtverkehr. Beim Erkennen des Kraftfahrzeugs, das ausschließlich im Stadtverkehr verwendet wird, kann dann beispielsweise ein anderes Ammoniakkennfeld hinterlegt werden, aufgrund dessen abhängig von der Betriebsgröße der Sollwert LD_SP des Beladungsgrades ermittelt wird.
Besonders gut eignen sich die beiden Programme zum Betreiben der Brennkraftmaschine 14, falls das Kraftfahrzeug ein Linienbus ist. Bei dem Linienbus ist die Strecke, die der Linienbus zu fahren hat, fest vorgegeben. Der Linienbus hat beispielsweise immer wieder nach der gleichen Fahrtdauer seines Fahrzyklus beispielsweise einen Berg zu überwinden, auf einer Schnellstraße zu fahren und/oder ständig in kurzen Abständen an Ampeln oder Haltestellen anzuhalten.
Ähnlich dem Kraftfahrzeug im Stadtverkehr haben auch Kraftfahrzeuge von Pendler sich immer wieder wiederholende Verlaufmuster RUN_PAT der Betriebsgröße. Beispielsweise wird sich die Fahrtgeschwindigkeit regelmäßig am Morgen nach einer Fahrt mit eher höherer Geschwindigkeit und wenigen Stopps nach Einfahren in den Stadtverkehr deutlich verringern und es werden deutliche mehrere Stopps durch den Fahrer vorgenommen. Somit kann der Ammoniakbeladungsgrad morgens am Anfang des Fahrzyklus anders eingestellt werden wie morgens am Ende des Fahrzyklus. Umgekehrt kann dann am Abend zu Beginn des Fahrzyklus der Ammoniakbeladungsgrad auf Stadtverkehr eingestellt werden und nach einer vorgegebenen Zeitdauer auf Überlandverkehr umgestellt werden.
Falls die Betriebsgröße die Fahrpedalstellung des Fahrpedals 27 der Brennkraftmaschine 14 umfasst, so kann beispielsweise auch ein Kickdown oder ein anderer zunehmender Drehmomentwunsch eines Fahrers des Kraftfahrzeugs erkannt werden. Davon abhängig kann dann vorausschauend der Beladungsgrad des Abgaskatalysators 23 erhöht werden, so dass die Stickoxide, die mit zunehmendem Drehmoment produziert werden, vorzugsweise möglichst effektiv umgewandelt werden. Ferner kann nach einer Schubphase über die Betätigung des Fahrpedals oder eine Betätigung der Kupplung zum Einlegen eines anderen Ganges ein Ende der Schubphase erkannt werden.
Die im Vorangehenden genannten Maßnahmen bewirken eine Senkung des Verbrauchs der Harnstofflösung und somit eine Erhöhung der Reichweite des Harnstofftanks 40. Ferner wird das Risiko des Ammoniaksdurchbruchs des Abgaskatalysators 23 verringert, wodurch ein Sperrkatalysator zur Ammoniakvernichtung im Falle eines Ammoniakdurchbruchs eingespart werden kann. Dies senkt die Systemkosten und vermeidet Nebenreaktionen, die durch den Sperrkatalysator hervorgerufen werden können. Ferner können auch die Stickoxide effektiver umgesetzt werden, da immer rechtzeitig genügend Ammoniak in dem Abgaskatalysator 23 vorhanden ist.
Ferner kann das vorausschauende Beladen des Abgaskatalysators 23 dann in Betriebspunkten durchgeführt werden, in denen das Beladen des Abgaskatalysators 23 besonders günstig ist. Dies ist vor allem in Betriebszuständen gegeben, in denen in dem Abgastrakt 4 Temperaturen vorherrschen, die ausreichend hoch sind, damit die Harnstofflösung in dem Abgastrakt 4 zu Ammoniak hydrolisieren kann.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (14) eines Kraftfahrzeugs, bei dem – während mehrerer Fahrzyklen des Kraftfahrzeugs – je ein Verlauf zumindest einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine aufgezeichnet wird, die repräsentativ für einen Schadstoffgehalt eines Abgases der Brennkraftmaschine ist, – die aufgezeichneten Verläufe im Hinblick auf sich wiederholende Verlaufsmuster (RUN_PAT) analysiert werden, – bei einem aktuellen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs – unter Verwendung der sich wiederholenden Verlaufsmuster (RUN_PAT) ein Sollwert (LD_SP) eines Ammoniakbeladungsgrades eines Abgaskatalysators (23) der Brennkraftmaschine ermittelt wird, – abhängig von dem ermittelten Sollwert (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades zumindest ein Stellsignal (SIG) für ein Stellglied ermittelt wird, dessen Stellung sich auf einen tatsächlichen Ammoniakbeladungsgrad des Abgaskatalysators (23) auswirkt, – zum Umsetzen des ermittelten Sollwerts (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades des Abgaskatalysators (23) abhängig von dem Stellsignal (SIG) das Stellglied angesteuert wird, und – bei dem die sich wiederholenden Verlaufsmuster (RUN_PAT) nur dann beim Ermitteln des Sollwerts (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades verwendet werden, wenn eine Häufigkeit (PAT_AM), mit der die entsprechenden sich wiederholenden Verlaufsmuster (RUN_PAT) jeweils in den aufgezeichneten Verläufen auftreten, größer als ein vorgegebener Schwellenwert (THD) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem bei dem aktuellen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs der Sollwert (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades des Abgaskatalysators (23) unter Verwendung der sich wiederholenden Verlaufsmustern (RUN_PAT) ermittelt wird, indem – ein aktueller Verlauf der Betriebsgröße ermittelt wird, – unter Verwendung der sich wiederholenden Verlaufsmuster (RUN_PAT) und abhängig von dem ermittelten aktuellen Verlauf der Betriebsgröße eine Tendenz (TREND) ermittelt wird, mit der sich der Schadstoffgehalt des Abgases voraussichtlich ändern wird, – abhängig von der ermittelten Tendenz (TREND) der Sollwert (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades des Abgaskatalysators (23) ermittelt und umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Sollwert (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades des Abgaskatalysators (23) so ermittelt und umgesetzt wird, dass nach dem Umsetzen des Sollwerts (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades des Abgaskatalysators (23) der Abgaskatalysator (23) so mit Ammoniak beladen ist, dass die dann in dem Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Ammoniak umwandelbar sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem die Tendenz (TREND) mit einem Wahrscheinlichkeitswert bewertet wird, der repräsentativ dafür ist, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein aktueller Verlauf des Schadstoffgehalts des Abgases der ermittelten Tendenz (TREND) folgen wird, und bei dem der Sollwert (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades des Abgaskatalysators (23) nur dann abhängig von der ermittelten Tendenz (TREND) ermittelt wird, wenn der Wahrscheinlichkeitswert größer als ein vorgegebener zweiter Schwellenwert (THD_2) ist.
Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (14) eines Kraftfahrzeugs, die dazu ausgebildet ist – während mehrerer Fahrzyklen des Kraftfahrzeugs – je einen Verlauf zumindest einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine aufzuzeichnen, die repräsentativ für einen Schadstoffgehalt eines Abgases der Brennkraftmaschine (14) ist, – die aufgezeichneten Verläufe im Hinblick auf sich wiederholende Verlaufsmuster (RUN_PAT) zu analysieren, – bei einem aktuellen Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs – unter Verwendung der sich wiederholenden Verlaufsmuster (RUN_PAT) einen Sollwert (LD_SP) eines Ammoniakbeladungsgrades eines Abgaskatalysators (23) der Brennkraftmaschine (14) zu ermitteln, – abhängig von dem ermittelten Sollwert (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades zumindest ein Stellsignal (SIG) für ein Stellglied zu ermitteln, dessen Stellung sich auf einen tatsächlichen Ammoniakbeladungsgrad des Abgaskatalysators (23) auswirkt, – zum Umsetzen des ermittelten Sollwerts (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades des Abgaskatalysators (23) abhängig von dem Stellsignal (SIG) das Stellglied anzusteuern, und – die sich wiederholenden Verlaufsmuster (RUN_PAT) nur dann beim Ermitteln des Sollwerts (LD_SP) des Ammoniakbeladungsgrades zu verwenden, wenn eine Häufigkeit (PAT_AM), mit der die entsprechenden sich wiederholenden Verlaufsmuster (RUN_PAT) jeweils in den aufgezeichneten Verläufen auftreten, größer als ein vorgegebener Schwellenwert (THD) ist.