DE102015203401A1

DE102015203401A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Modellierung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102015203401A1
Application number: DE102015203401.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Herrnberger; Nicole Fuhrmann
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-08-25

Abstract

Gemäß einem Verfahren zur Modellierung einer Temperatur eines Katalysators (50) einer Brennkraftmaschine (100) werden Abweichungen zylinderindividueller Lambda-Werte von aufeinanderfolgenden Abgaspaketen von dem Lambda-Wert 1 ermittelt. In Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte wird eine Temperatur des Katalysators (50) modelliert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Vorrichtung zur Modellierung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine und des Weiteren eine Vorrichtung zur Regelung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 100 mit einem Verbrennungsmotor 10, der Zylinder 1, 2, 3 und 4 umfasst. Zum Einspritzen von Brennstoff ist für jeden der Zylinder ein Einspritzsystem 11, 12, 13 und 14 vorgesehen. Zur Bereitstellung des Brennstoff-Luft-Gemischs wird die dazu benötigte Luft den einzelnen Zylindern aus der Umgebung über einen Ansaugkrümmer 20 zugeführt. Nach der Verbrennung des jeweiligen Brennstoff-Luft-Gemischs in den einzelnen Zylindern 1, 2, 3 und 4 werden die Abgaspakete über einen Abgaskrümmer 30 nacheinander abgeführt. Der Abgaskrümmer 30 mündet in ein Abgasrohr 40, von dem aus die Abgaspakete nacheinander einem Katalysator 50 zu Reduktion von Abgasemissionen zugeführt werden.
Das Verbrennungsluftverhältnis wird üblicherweise mit dem Lambda-Wert beschrieben. Bei Lambda-Werten kleiner 1 herrscht innerhalb des Brennstoff-Luft-Gemischs Luftmangel, so dass ein fettes beziehungsweise reiches Gemisch vorliegt. Bei Lambda-Werten größer 1 liegt innerhalb des Brennstoff-Luft-Gemischs Luftüberschuss vor, was einem mageren beziehungsweise armen Gemisch entspricht. Nach der Verbrennung werden entsprechend fette oder magere Abgaspakete aus den Zylindern ausgestoßen. Wenn im Katalysator 50 aufeinanderfolgende fette und magere Abgaspakete zusammentreffen, entsteht innerhalb des Katalysators eine exotherme Reaktion, die zu einer Temperaturerhöhung innerhalb des Katalysators führt. Das Ungleichgewicht der einzelnen Abgaspakete bezüglich ihres Lambda-Wertes kann beispielsweise daher rühren, dass einige der Zylinder 1, ..., 4 mit fettem Gemisch und andere der Zylinder mit magerem Gemisch betrieben werden.
Die Lambda-Regelung eines Verbrennungsmotors regelt bei geschlossenem Regelkreis die Zusammensetzung der einzelnen Brennstoff-Luft-Gemische der Zylinder derart, dass ein Lambda-Mittelwert der aufeinanderfolgenden Abgaspakete, die von der Verbrennung der jeweiligen Brennstoff-Luft-Gemische in den einzelnen Zylindern stammen, den Wert 1 aufweist. Ein mittlerer Lambda-Wert von 1 kann dadurch erreicht werden, indem einige der Zylinder mit fettem Gemisch und andere der Zylinder mit magerem Gemisch betrieben werden. Ein hoher Temperaturanstieg aufgrund einer exothermen Reaktion der Abgaspakete mit unterschiedlichen Lambda-Werten ist insbesondere dann zu erwarten, wenn einige der Zylinder mit besonders magerem Gemisch mit einem jeweiligen Lambda-Wert deutlich größer als 1 betrieben werden und die Lambda-Regelung zum Erreichen eines mittleren Lambda-Wertes von 1 die restlichen Zylinder mit einem besonders fetten Gemisch mit Lambda-Werten deutlich kleiner als 1 betreibt. In Abhängigkeit von der Motorlast kann die Temperatur im Katalysator bei einem derartigen Betriebszustand stark ansteigen und letztlich zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Katalysators führen.
Im Falle einer Fehlzündung gelangen unverbrannte Luft-Brennstoffgemische in den Abgasstrom und damit in den Katalysator. Da manche Motoren auch mit extrem magerem Gemisch funktionstüchtig bleiben, kann nicht davon ausgegangen werden, dass eventuell vorhandene Funktionen zur Überwachung von Fehlzündungen eine ungenügende Verbrennung zuverlässig detektieren. Die Lambda-Regelung hingegen reagiert bei Fehlzündungen innerhalb eines Zylinders, der mit besonders magerem Gemisch betrieben wird, mit einer Anreicherung des Gemischs der übrigen Zylinder, damit sich ein mittlerer Lambda-Wert von 1 einstellt. Dadurch besteht erneut die Gefahr, dass die im Katalysator eintreffenden besonders mageren und fetten Abgaspakete exotherm reagieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Modellierung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, mit dem die Temperatur innerhalb des Katalysators möglichst präzise nachgebildet werden kann. Ein weiteres Anliegen der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Modellierung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit der es ermöglicht wird, die Temperatur im Katalysator besonders präzise nachzubilden. Des Weiteren soll eine Vorrichtung zur Regelung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine angegeben werden, mit der es ermöglicht wird, eine Beschädigung oder Zerstörung des Katalysators aufgrund einer exothermen Reaktion innerhalb des Katalysators zuverlässig zu vermeiden.
Die Aufgabe bezüglich des Verfahrens zur Modellierung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine wird durch eine Ausführungsform eines im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrens gelöst. Das Verfahren zur Modellierung der Temperatur des Katalysators der Brennkraftmaschine sieht vor, dass zunächst jeweilige Abweichungen zylinderindividueller Lambda-Werte von aufeinanderfolgenden Abgaspaketen von dem Lambda-Wert 1 ermittelt werden. Mit den ermittelten Abweichungen der einzelnen Lambda-Werte von dem Referenz-Lambda-Wert 1 sind auch die zylinderindividuellen Lambda-Werte der Abgaspakete, die aus der Verbrennung des Brennstoff-Luft-Gemisches in jedem einzelnen Zylinder herrühren, bekannt. Die Temperatur des Katalysators wird nun in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Lambda-Wert 1 modelliert.
Die Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Lambda-Wert 1 kann zum Beispiel absolut in Lambda, Delta-Lambda, der notwendigen Korrektur der Kraftstoffmenge oder auch beispielsweise relativ in Prozent ermittelt werden. Durch die Erfassung der Abweichung der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Referenz-Lambda-Wert gleich 1 beziehungsweise der zylinderindividuellen Lambda-Werte der Abgaspakete der einzelnen Zylinder kann mit hoher Genauigkeit auf die Intensität einer exothermen Reaktion und somit auf einen damit verbundenen Temperaturanstieg innerhalb des Katalysators geschlossen werden. Es kann beispielsweise festgestellt werden, ob in den Katalysator aufeinanderfolgend Abgaspakete gelangen, deren Lambda-Werte nur geringfügig um den Lambda-Wert 1 schwanken. In diesem Fall ist mit einer weniger ausgeprägten exothermen Reaktion der Abgaspakete im Katalysator und damit einem lediglich geringen Temperaturanstieg innerhalb des Katalysators zu rechnen. Wenn hingegen festgestellt wird, dass aufeinanderfolgende Abgaspakete, die nacheinander in den Katalysator gelangen, Lambda-Werte aufweisen, die sehr stark um den Lambda-Wert 1 schwanken, ist davon auszugehen, dass diese besonders fetten und besonders mageren Abgaspakete zu einer deutlich ausgeprägteren exothermen Reaktion innerhalb des Katalysators führen und damit ein höherer Temperaturanstieg innerhalb des Katalysators zu erwarten ist.
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Modellierung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine ist im Patentanspruch 9 angegeben. Die Vorrichtung umfasst eine Auswerteeinrichtung zum Ermitteln von Abweichungen von zylinderindividuellen Lambda-Werten aufeinanderfolgender Abgaspakete, die von Verbrennungen von jeweiligen Brennstoff-Luft-Gemischen in den einzelnen Zylindern herrühren, von dem Lambda-Wert 1. Die Vorrichtung umfasst darüber hinaus eine Modellierungseinrichtung zum Modellieren der Temperatur des Katalysators. Die Modellierungseinrichtung ist derart ausgebildet, dass sie die Temperatur des Katalysators in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Lambda-Wert 1 modelliert.
Eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Regelung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine ist im Patentanspruch 15 angegeben. Die Vorrichtung zur Regelung der Temperatur des Katalysators der Brennkraftmaschine umfasst die oben angegebene Vorrichtung zur Modellierung einer Temperatur des Katalysators der Brennkraftmaschine und eine Motorsteuereinrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine. Die Motorsteuereinrichtung ist dazu ausgebildet, den Verbrennungsmotor derart zu steuern, dass die Ist-Temperatur im Katalysator sinkt, wenn die modellierte Temperatur des Katalysators oberhalb eines Schwellwertes liegt. Dadurch können Beschädigungen des Katalysators durch eine übermäßige Erhitzung aufgrund einer exothermen Reaktion von reichen und armen Abgaspaketen innerhalb des Katalysators vermieden werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen, näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine Brennkraftmaschine mit einem Katalysator im Abgastrakt der Brennkraftmaschine,
2A eine Beladung eines Katalysators mit einem mageren Abgaspaket,
2B eine nachfolgende Beladung des Katalysators mit einem fetten Abgaspaket,
3 eine Beladung eines Katalysators mit aufeinanderfolgenden fetten und mageren Abgaspaketen,
4 eine Ausführungsform eines Verfahren zur Modellierung und Regelung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine,
5 eine Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Regelung einer Temperatur eines Katalysators der Brennkraftmaschine und einer Vorrichtung zur Modellierung der Temperatur des Katalysators.
Die 2A und 2B zeigen einen mit dem Abgasrohr 40 verbundenen Katalysator 50, der nachfolgend mit Abgaspaketen A1, A2, A3 und A4 mit unterschiedlichen Lambda-Werten beladen wird. Ein mageres Abgaspaket ist mit "L" und ein fettes Abgaspaket ist mit "R" gekennzeichnet. Der im Abgasrohr 40 enthaltene Abgasstrom rührt von der Mischung der zylinderindividuellen Abgaspakete A1, A2, A3 und A4 der Zylinder 1, 2, 3 und 4 her.
Bei der in 2A gezeigten Konstellation ergibt sich der im Abgasrohr 40 enthaltene Abgasstrom aus einer Mischung der Abgaspakete A1, ..., A4, wobei die Abgaspakete A1, A3 und A4 von der Verbrennung eines mageren Brennstoff-Luft-Gemischs und das Abgaspaket A2 von der Verbrennung eines fetten Brennstoff-Luft-Gemischs herrühren. Somit stellt sich im Abgasrohr 40 im Mittel ein magerer Abgasstrom in den Katalysator 50 ein. Im Katalysator 50 tritt bedingt durch den mageren Abgasstrom eine Anlagerung von Sauerstoff auf, bevor der Abgasstrom den Katalysator wieder verlässt.
In der in 2B nachfolgend gezeigten Konstellation werden die Zylinder 2, 3, 4 mit reichem Gemisch und der Zylinder 1 mit magerem Gemisch betrieben. Somit stellt sich im Abgasrohr 40 im Mittel ein reicher Abgasstrom in den Katalysator 50 ein. Im Katalysator reagiert nun der zuvor angelagerte beziehungsweise gespeicherte Sauerstoff mit dem einströmenden im Mittel fetten Abgasgemisch herrührend von den Abgaspaketen A1 bis A4. Aufgrund der damit verbundenen exothermen Reaktion innerhalb des Katalysators 50 kommt es zu einer Temperaturerhöhung Δϑ im Katalysator, bevor das abreagierte Abgas X wieder aus dem Katalysator ausströmt.
Zur Modellierung der Temperatur im Katalysator kann zunächst aus dem Lambda-Mittelwert der Abgaspakete aller Zylinder die Beladung des Katalysators mit Sauerstoff beziehungsweise den unverbrannten Kraftstoffanteilen berechnet werden. Aus dieser Beladung des Katalysators und dem Lambda-Mittelwert der nachströmenden Verbrennungsabgase ergibt sich ein neuer mittlerer Lambda-Wert im Katalysator. Dieser mittlere Lambda-Wert im Katalysator kann zur Modellierung der Exothermie im Katalysator benutzt werden.
3 zeigt einen weitere Konstellation, bei der nachfolgend magere und reiche Abgaspakete A1, A2, A3 und A4 durch das Abgasrohr 40 in den Katalysator 50 einströmen. Aufgrund des Ungleichgewichts der Lambda-Werte der verschiedenen Abgaspakete, die von Verbrennungsprozessen in den unterschiedlichen Zylindern 1, 2, 3 und 4 stammen, tritt im Katalysator 50 auch bei dieser Konstellation eine exotherme Reaktion auf, durch die die Katalysatortemperatur um eine Temperaturbetrag Δϑ erhöht wird, bevor das abreagierte Abgas X wieder aus dem Katalysator ausströmt.
Bei der in 3 gezeigten Fallkonstellation ergibt sich als Mittelwert der Lambda-Werte der einzelnen Abgaspakete ein Wert von ungefähr 1. Ein Modellansatz zur Modellierung der Temperatur des Katalysators, wie zuvor angegeben, bei dem lediglich der mittlere Lambda-Wert aus den Lambda-Werten der Abgaspakete der verschiedenen Zylinder berücksichtigt wird, führt hier zum Ergebnis, dass aufgrund des mittleren Lambda-Wertes von 1 im Katalysator keine merkliche Temperaturerhöhung innerhalb des Katalysators zu erwarten ist. Tatsächlich führt allerdings die Reaktion der aufeinanderfolgenden besonders fetten und mageren Abgaspakete im Katalysator zu einer ausgeprägten exothermen Reaktion und damit zu einer deutlichen Temperaturerhöhung, durch die der Katalysator beschädigt werden kann.
4 verdeutlicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Modellierung und Regelung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine, mit der sich insbesondere auch die aufgrund der Konstellation in 3 entstehende Temperaturerhöhung innerhalb des Katalysators nachbilden lässt. Das Verfahren wird anhand eines Verbrennungsmotors mit 4 Zylindern erläutert, kann jedoch für eine beliebige Anzahl von Zylindern größer 1 angewandt werden.
In einem Verfahrensschritt A werden jeweilige Abweichungen Δλ1, ..., Δλ4 der zylinderindividuellen Lambda-Werte λ1, ..., λ4 von Abgaspaketen A1, ..., A4, die von den einzelnen Zylinder des Motors ausgestoßen werden, von dem Lambda-Wert 1 ermittelt. Der Lambda-Wert 1 dient als Referenz-Lambda-Wert. In einem Verfahrensschritt B wird die Temperatur des Katalysators in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen Δλ1, ..., Δλ4 der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Lambda-Wert 1 modelliert. Die Modellierung beziehungsweise Nachbildung der Temperatur kann mittels eines Kennfeldlinien-Ansatzes erfolgen.
Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass die Abweichungen Δλ1, ..., Δλ4 der zylinderindividuellen Lambda-Werte λ1, ..., λ4 von dem Lambda-Wert 1 nur geringfügig über und unter dem Lambda-Wert 1 liegen, ist lediglich mit einer geringen exothermen Reaktion der Abgaspakete innerhalb des Katalysators zu rechnen, sodass nur ein geringer Temperaturanstieg innerhalb des Katalysators zu erwarten ist. Wenn hingegen festgestellt wird, dass die jeweilige Abweichung der Lambda-Werte von ersten Abgaspaketen deutlich über dem Lambda-Wert 1 liegt und die jeweilige Abweichung der Lambda-Werte von zweiten Abgaspaketen, die jeweils zwischen den ersten Abgaspaketen in den Katalysator einströmen, deutlich unter dem Lambda-Wert 1 liegt, ist mit einer deutlich stärkeren exothermen Reaktion der Abgaspakete innerhalb des Katalysators zu rechnen, sodass auch ein deutlich höherer Temperaturanstieg innerhalb des Katalysators zu erwarten ist.
In Abhängigkeit von der mit dem Modellansatz im Verfahrensschritt B modellierten beziehungsweise zu erwartenden Temperatur des Katalysators können im Verfahrensschritt C entsprechende Gegenmaßnahmen getroffen werden, durch die die Temperatur im Katalysator wieder abgesenkt werden kann. Beispielsweise kann zur Senkung der Temperatur die Einspritzmenge in den einzelnen Zylindern erhöht werden, sodass aufeinanderfolgende fette Abgaspakete erzeugt werden und in den Katalysator einströmen.
5 zeigt die bereits aus 1 bekannte Brennkraftmaschine 100, die zusätzlich eine Vorrichtung 110 zur Modellierung der Temperatur des Katalysators 50 aufweist. Die Vorrichtung 110 umfasst eine Auswerteeinrichtung 70 zum Ermitteln der Abweichungen Δλ1, ..., Δλ4 der zylinderindividuellen Lambda-Werte von aufeinanderfolgenden Abgaspaketen. Dazu kann die Auswerteeinrichtung 70 beispielsweise mit mindestens einer Lambda-Sonde 60, die die zylinderindividuellen Lambda-Werte erfasst, gekoppelt sein. Die mindestens eine Lambda-Sonde 60 kann beispielsweise im Abgasrohr 40 vorgesehen sein. Die Auswerteeinrichtung 70 kann gemäß einer möglichen Ausführungsform derart ausgebildet sein, dass sie beispielsweise aus der Laufunruhe des Motors die Abweichungen Δλ1, ..., Δλ4 der zylinderindividuellen Abweichungen von dem Referenz-Lambda-Wert 1 ermittelt. In diesem Fall ist die mindestens eine Lambda-Sonde 60 zur Ausführung des Verfahrens nicht erforderlich. Weiterhin weist die Vorrichtung 110 eine Modellierungseinrichtung 80 zum Modellieren der Temperatur des Katalysators 50 auf. Die Modellierungseinrichtung 80 ist dazu ausgebildet, die Temperatur des Katalysators 50 in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Lambda-Wert 1 zu modellieren.
Die in 5 dargestellte Brennkraftmaschine 100 kann des Weiteren eine Vorrichtung 120 zur Regelung einer Temperatur des Katalysators 50 umfassen. Die Vorrichtung 120 umfasst die Vorrichtung 110 zur Modellierung der Temperatur des Katalysators mit der Auswerteeinrichtung 70 zum Ermitteln der Abweichungen Δλ1, ..., Δλ4 der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Referenz-Lambda-Wert 1 und der Modellierungseinrichtung 80. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 120 eine Motorsteuereinrichtung 90 zur Steuerung des Verbrennungsmotors 10. Die Motorsteuereinrichtung 90 ist dazu ausgebildet, den Verbrennungsmotor 10 derart zu steuern, dass die Ist-Temperatur im Katalysator 50 sinkt, wenn die modellierte Temperatur des Katalysators 50 oberhalb eines Schwellwertes liegt.
Im Folgenden werden Weiterbildungen des Verfahrens sowie der Vorrichtung zur Modellierung der Temperatur des Katalysators angegeben. In einem dem Verfahrensschritt B zum Modellieren der Temperatur des Katalysators untergeordneten Verfahrensschritt B1 kann von der Modellierungseinrichtung 80 ein Reaktionsfaktor, der ein quantitatives Maß für die im Katalysator 50 zu erwartende exotherme Reaktion angibt, in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen Δλ1, ..., Δλ4 der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Lambda-Wert 1 ermittelt werden. Anschließend kann die zu erwartende Temperatur des Katalysators in Abhängigkeit von dem ermittelten Reaktionsfaktor von der Modellierungseinrichtung 80 ermittelt werden.
Von der Modellierungseinrichtung 80 kann dem Reaktionsfaktor ein erster Wert zugewiesen werden, wenn aufgrund der ermittelten Abweichung der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Lambda-Wert 1 ein höherer Temperaturanstieg im Katalysator 50 zu erwarten ist. Dem Reaktionsfaktor kann umgekehrt ein von dem ersten Wert verschiedener zweiter Wert zugewiesen werden, wenn aufgrund der ermittelten Abweichung der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Lambda-Wert 1 ein geringerer Temperaturanstieg im Katalysator 50 zu erwarten ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann die Modellierungseinrichtung 80 dazu ausgebildet sein, dem Reaktionsfaktor einen dritten Wert, beispielsweise den Wert 0, zuzuweisen, wenn aufgrund der ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Lambda-Wert 1 kein Temperaturanstieg im Katalysator 50 zu erwarten ist. Insbesondere kann die Modellierungseinrichtung 80 dazu ausgebildet sein, dem Reaktionsfaktor den dritten Wert zuzuweisen, wenn die Modellierungseinrichtung 80 feststellt, dass die Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte jeweils betragsmäßig über dem Lambda-Wert 1 liegen oder die Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte jeweils betragsmäßig unter dem Lambda-Wert 1 liegen.
Gemäß einer möglichen Ausführungsform kann der Reaktionsfaktor von der Modellierungseinrichtung 80 in Abhängigkeit von der Abweichung des zylinderindividuellen Lambda-Wertes eines ersten der Abgaspakete von dem Lambda-Wert 1 und der Abweichung des zylinderindividuellen Lambda-Wertes eines zweiten, auf das erste Abgaspaket folgenden Abgaspakets von dem Lambda-Wert 1 ermittelt werden. Bei dieser ereignisorientierten Betrachtung werden somit die Abweichungen der Lambda-Werte zweier aufeinanderfolgender Abgaspakete von dem Referenz-Lambda-Wert 1 ausgewertet.
Dem Reaktionsfaktor kann von der Modellierungseinrichtung 80 beispielsweise der erste Wert zugewiesen werden, wenn die Modellierungseinrichtung 80 feststellt, dass der zylinderindividuelle Lambda-Wert des ersten Abgaspakets um einen ersten Pegel über dem Lambda-Wert 1 liegt und der zylinderindividuelle Lambda-Wert des zweiten Abgaspakets um einen zweiten Pegel unter dem Lambda-Wert 1 liegt. Des Weiteren kann die Modellierungseinrichtung 80 dazu ausgebildet sein, dem Reaktionsfaktor den zweiten Wert zuzuweisen, wenn die Modellierungseinrichtung 80 feststellt, dass der zylinderindividuelle Lambda-Wert des ersten Abgaspakets um einen dritten Pegel über dem Lambda-Wert 1 liegt und der zylinderindividuelle Lambda-Wert des zweiten Abgaspakets um einen vierten Pegel unter dem Lambda-Wert 1 liegt und die Modellierungseinrichtung 80 feststellt, dass die Summe aus dem Betrag des ersten Pegels und dem Betrag des zweiten Pegels größer als die Summe aus dem Betrag des dritten Pegels und dem Betrag des vierten Pegels ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Reaktionsfaktor von der Modellierungseinrichtung 80 in bestimmten Zeitabständen in Abhängigkeit von den innerhalb der Zeitabstände ermittelten jeweiligen Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte ermittelt. Bei diesem zeitbasierten Ansatz werden die Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte mehrerer Abgaspaketen innerhalb eines Zeitintervalls, die über dem Lambda-Wert 1 liegen, und die Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte der Abgaspakete innerhalb des Zeitintervalls, die unter dem Lambda-Wert 1 liegen, betrachtet. Es kann beispielsweise eine erste Summe der Abweichungen, die über dem Lambda-Wert 1 liegen, ermittelt und eine zweite Summe der Abweichungen, die unter dem Lambda-Wert 1 liegen, ermittelt und ausgewertet werden. Der Reaktionsfaktor kann von der Modellierungseinrichtung 80 in Abhängigkeit von der Größe der ersten und zweiten Summe ermittelt werden. Je mehr die Summen von dem Referenz-Lambda-Wert 1 abweichen, desto größer ist die zu erwartende exotherme Reaktion und desto größer ist beispielsweise der Reaktionsfaktor.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Verfahrensschritt B zum Modellieren der Temperatur des Katalysators einen weiteren untergeordneten Verfahrensschritt B2, der beispielsweise von der Modellierungseinrichtung 80 ausgeführt wird. Im Verfahrensschritt B2 wird die Temperatur des Katalysators 50 in Abhängigkeit von einem Luft-Masse-Strom im Abgasrohr 40 und dem im Verfahrensschritt B1 ermittelten Reaktionsfaktor modelliert. Der im Verfahrensschritt B1 ermittelte Reaktionsfaktor kann beispielsweise mit dem Luft-Masse-Strom gewichtet werden.
Um festzustellen, ob bei einer Brennkraftmaschine tatsächlich eine Temperatur des Katalysators nach dem oben beschriebenen Modellansatz nachgebildet wird, kann bei einem Verbrennungsmotor beispielsweise ein Kraftstoff-Einspritzventil mechanisch oder über eine entsprechende Softwarefunktion manipuliert werden, sodass zwischen dem Lambda-Wert des Abgaspakets aus dem Zylinder mit dem manipulierten Einspritzventil und den Lambda-Werten der Abgaspakete der übrigen Zylindern ein Ungleichgewicht besteht. Aufgrund der exothermen Reaktion zwischen dem Abgaspaket aus dem manipulierten Zylinder und den Abgaspaketen der anderen Zylinder im Katalysator sollte die Abgastemperatur oder die Temperatur im Katalysator zumindest bei höherer Motorlast ansteigen.
Wenn kein Temperaturanstieg festgestellt werden kann, ist entweder ein geschlossener Regelkreis zur Kompensation der ungleichen Zylinderbeladung aktiv oder es werden bereits Gegenmaßnahmen zur Abkühlung der Temperatur im Katalysator eingeleitet. Da zur Einleitung der Gegenmaßnahmen Informationen bezüglich der Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Referenz-Lambda-Wert 1 erforderlich sind, kann somit auf einfache Weise nachgewiesen werden, dass ein Modellierungsansatz vorliegt, bei dem die zylinderindividuellen Lambda-Werte beziehungsweise die Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte von dem Referenz-Lambda-Wert 1 erfasst werden.
Bezugszeichenliste

1, ..., 4: Zylinder
A1, ..., A4: Abgaspakete der Zylinder
λ1, ..., λ4: zylinderindividuelle Lambda-Werte der Abgaspakete
Δλ1, ..., Δλ4: Abweichungen zylinderindividueller Lambda-Werte
10: Verbrennungsmotor
11, 12, 13, 14: Einspritzsystem
20: Ansaugkrümmer
30: Abgaskrümmer
40: Abgasrohr
50: Katalysator
60: Lambda-Sonde
70: Auswerteeinrichtung zum Ermitteln der Abweichungen
80: Modellierungseinrichtung
90: Motorsteuereinrichtung
100: Brennkraftmaschine
110: Vorrichtung zur Modellierung der Temperatur des Katalysators
120: Vorrichtung zur Regelung der Temperatur des Katalysators
Δϑ: Temperaturerhöhung
X: abreagiertes Abgas
A, B, C: Verfahrensschritt
B1, B2: untergeordnete Verfahrensschritte
L: mageres Abgaspaket
R: fettes Abgaspaket

Claims

Verfahren zur Modellierung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine, umfassend die folgenden Schritte: – Ermitteln von jeweiligen Abweichungen zylinderindividueller Lambda-Werte von aufeinanderfolgenden Abgaspaketen von dem Lambda-Wert 1, – Modellieren einer Temperatur des Katalysators (50) in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte: – Ermitteln eines Reaktionsfaktors, der ein quantitatives Maß für eine im Katalysator (50) zu erwartende exotherme Reaktion angibt, in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte, – Modellieren der Temperatur des Katalysators (50) in Abhängigkeit von dem ermittelten Reaktionsfaktor.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Reaktionsfaktor in Abhängigkeit von der Abweichung des zylinderindividuellen Lambda-Wertes eines ersten der Abgaspakete und der Abweichung des zylinderindividuellen Lambda-Wertes eines zweiten, auf das erste Abgaspaket folgenden Abgaspakets ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Reaktionsfaktor in Zeitabständen in Abhängigkeit von den innerhalb der Zeitabstände ermittelten jeweiligen Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei dem Reaktionsfaktor ein erster Wert zugewiesen wird, wenn aufgrund der ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte ein höherer Temperaturanstieg im Katalysator (50) zu erwarten ist, und dem Reaktionsfaktor ein von dem ersten Wert verschiedener zweiter Wert zugewiesen wird, wenn aufgrund der ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte ein geringerer Temperaturanstieg im Katalysator (50) zu erwarten ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei dem Reaktionsfaktor ein dritter Wert zugewiesen wird, wenn aufgrund der ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte kein Temperaturanstieg im Katalysator (50) zu erwarten ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei dem Reaktionsfaktor der dritte Wert zugewiesen wird, wenn die ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte jeweils betragsmäßig über dem Lambda-Wert 1 liegen oder die ermittelten zylinderindividuellen Lambda-Werte jeweils betragsmäßig unter dem Lambda-Wert 1 liegen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, umfassend den folgenden Schritt: Modellieren der Temperatur des Katalysators (50) in Abhängigkeit von dem Luft-Masse-Strom im Abgasrohr (40) und dem ermittelten Reaktionsfaktor.
Vorrichtung zur Modellierung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine, umfassend: – eine Auswerteeinrichtung (70) zum Ermitteln von Abweichungen von zylinderindividuellen Lambda-Werten aufeinanderfolgender Abgaspakete von dem Lambda-Wert 1, – eine Modellierungseinrichtung (80) zum Modellieren der Temperatur des Katalysators (50), wobei die Modellierungseinrichtung (80) dazu ausgebildet ist, die Temperatur des Katalysators (50) in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte zu modellieren.
Vorrichtung nach Anspruch 9, – wobei die Modellierungseinrichtung (80) dazu ausgebildet ist, einen Reaktionsfaktor, der ein quantitatives Maß für eine im Katalysator (50) zu erwartende exotherme Reaktion angibt, in Abhängigkeit von den ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte zu ermitteln, – wobei die Modellierungseinrichtung (80) dazu ausgebildet ist, die Temperatur des Katalysators (50) in Abhängigkeit von dem ermittelten Reaktionsfaktor zu modellieren.
Vorrichtung nach Anspruch 10, – wobei die Modellierungseinrichtung (80) dazu ausgebildet ist, dem Reaktionsfaktor einen ersten Wert zuzuweisen, wenn aufgrund der ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte ein höherer Temperaturanstieg im Katalysator (50) zu erwarten ist, und dem Reaktionsfaktor einen von dem ersten Wert verschiedenen zweiten Wert zuzuweisen, wenn aufgrund der ermittelten Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte ein geringerer Temperaturanstieg im Katalysator (50) zu erwarten ist, – wobei die Modellierungseinrichtung (80) dazu ausgebildet ist, dem Reaktionsfaktor einen dritten Wert zuzuweisen, wenn aufgrund der ermittelten zylinderindividuellen Lambda-Werte kein Temperaturanstieg im Katalysator (50) zu erwarten ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die Modellierungseinrichtung (80) dazu ausgebildet ist, den Reaktionsfaktor in Abhängigkeit von der Abweichung des zylinderindividuellen Lambda-Wertes eines ersten der Abgaspakete und der Abweichung des zylinderindividuellen Lambda-Wertes eines zweiten, auf das erste Abgaspaket folgenden Abgaspakets zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11 wobei die Modellierungseinrichtung (80) dazu ausgebildet ist, den Reaktionsfaktor in Zeitabständen in Abhängigkeit von den innerhalb der Zeitabstände ermittelten jeweiligen Abweichungen der zylinderindividuellen Lambda-Werte zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die Modellierungseinrichtung (80) dazu ausgebildet ist, die Temperatur des Katalysators (50) in Abhängigkeit von dem Luft-Masse-Strom in einem Abgasrohr (40) der Brennkraftmaschine und dem ermittelten Reaktionsfaktor zu modellieren.
Vorrichtung zur Regelung einer Temperatur eines Katalysators einer Brennkraftmaschine, umfassend: – eine Vorrichtung (100) zur Modellierung einer Temperatur des Katalysators (50) der Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 9 bis 14, – eine Motorsteuereinrichtung (90) zur Steuerung eines Verbrennungsmotors (10) der Brennkraftmaschine, wobei die Motorsteuereinrichtung (90) dazu ausgebildet ist, den Verbrennungsmotor (10) derart zu steuern, dass die Ist-Temperatur im Katalysator (50) sinkt, wenn die modellierte Temperatur des Katalysators (50) oberhalb eines Schwellwertes liegt.