DE102018208729B4 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung sowie entsprechende Antriebseinrichtung - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1), die über eine mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebene, Abgas erzeugende Brennkraftmaschine (2) und eine als Katalysator ausgebildete Abgasreinigungseinrichtung (12) zur Reinigung des Abgases sowie über eine stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (14) zur Messung eines Restsauerstoffgehalts des Abgases verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen einer einen aus einer in der Abgasreinigungseinrichtung (12) ablaufenden Reaktion resultierenden Wasserstoffanteil beschreibenden Größe in dem Abgas ein Messsignal der Lambdasonde (14) nach einem Umschalten auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch erfasst und ausgewertet wird, indem ein Verlauf des Messsignals erfasst wird, bis das Messsignal mit einem Referenzsignal zusammenfällt, die Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Messsignal ab dem Umschalten bis zu dem Zusammenfallen aufsummiert und aus der Summe die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ermittelt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung, die über eine eine mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebene, Abgas erzeugende Brennkraftmaschine und eine als Katalysator ausgebildete Abgasreinigungseinrichtung zur Reinigung des Abgases sowie über eine stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zur Messung eines Restsauerstoffgehalts des Abgases verfügt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung.
• Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2006 059 081 A1 bekannt. Diese betrifft ein Verfahren zur Katalysatordiagnose einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer in der Abgasreinigungsanlage hinter einem Katalysator angeordneten, mit einer Steuereinrichtung verbundenen Abgassonde, wobei zur Bestimmung der Konvertierungseigenschaften des Katalysators gezielt mittels einer Lambda-Variation ein Lambdawert vor dem Katalysator vorgegeben und mittels der Abgassonde ein Lambdawert hinter dem Katalysator bestimmt wird.
• Dabei ist vorgesehen, dass nach einem Abgleich mit einem vorgegebenen Lambdawert ein fetteres Gemisch mit einem Lambdawert von λ < 1 vorgesteuert und abhängig von den Konvertierungseigenschaften des Katalysators eine Gesamtvariation eines Sondensignals der Abgassonde hinter dem Katalysator in einer Diagnoseeinrichtung ausgewertet wird. Mit diesem Verfahren kann direkt die Konvertierungseigenschaft des Katalysators anhand der zuzuordnenden Zusammensetzung der Emission nach dem Katalysator beurteilt werden, um hinsichtlich einer On-Board-Diagnose ein Überschreiten der Emissionsgrenzwerte frühzeitig zu erkennen und gegebenenfalls zur Anzeige zu bringen.
• Weiterhin zeigt der Stand der Technik die Druckschrift DE 101 47 491 A1 . Diese beschreibt ein Verfahren zur Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches für einen Verbrennungsmotor mit einem Katalysator und wenigstens einer hinter dem Katalysator angeordneten Abgassonde, die eine erste Information über den Sauerstoffgehalt des Abgases liefert, welche die Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches beeinflusst. Dabei ist vorgesehen, dass eine zweite Information über den hinter dem Katalysator im Abgas vorhandenen Wasserstoff gebildet wird und dass die zweite Information die Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches beeinflusst. Das Verfahren erlaubt eine Erkennung von Wasserstoff hinter dem Katalysator und eine Kompensation des unerwünschten Einflusses des Wasserstoffs auf die Einstellung des Kraftstoff/Luft-Gemisches, der durch eine Wasserstoffquerempfindlichkeit der Abgassonde in Verbindung mit dem Auftreten von Wasserstoff verursacht wird.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine genauere Bestimmung des Restsauerstoffgehalts mittels der Lambdasonde ermöglicht.
• Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zum Bestimmen einer einen aus einer in der Abgasreinigungseinrichtung ablaufenden Reaktion resultierenden Wasserstoffanteil beschreibenden Größe in dem Abgas ein Messsignal der Lambdasonde nach einem Umschalten auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch erfasst und ausgewertet wird, indem ein Verlauf des Messsignals erfasst wird, bis das Messsignal mit einem Referenzsignal zusammenfällt, die Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Messsignal ab dem Umschalten bis zu dem Zusammenfallen aufsummiert und aus der Summe die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ermittelt wird.
• Die Antriebseinrichtung dient dem Bereitstellen eines Drehmoments. Beispielsweise ist die Antriebseinrichtung zum Antreiben eines Kraftfahrzeugs vorgesehen; in diesem Fall ist das Drehmoment auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichtet. Zum Bereitstellen des Drehmoments verfügt die Antriebseinrichtung über die Brennkraftmaschine, welche mit dem Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird. Die Brennkraftmaschine kann grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein, beispielsweise liegt sie in Form einer Otto-Brennkraftmaschine oder einer Diesel-Brennkraftmaschine vor.
• Während des Betriebs der Brennkraftmaschine fällt Abgas an, welches über die Abgasreinigungseinrichtung abgeführt wird. Beispielsweise gelangt das Abgas der Brennkraftmaschine über die Abgasreinigungseinrichtung in eine Außenumgebung der Antriebseinrichtung. Die Abgasreinigungseinrichtung dient der Reinigung des Abgases und insoweit der Umsetzung von in dem Abgas enthaltenen Schadstoffen in ungefährlichere Produkte. Die Abgasreinigungseinrichtung liegt in Form eines Katalysators beziehungsweise eines katalytischen Konverters vor. Die Abgasreinigungseinrichtung kann insoweit auch als Fahrzeugkatalysator bezeichnet werden. Der Katalysator liegt bevorzugt als Drei-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator oder als Speicherkatalysator, insbesondere als NO_x-Speicherkatalysator, vor.
• Stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung ist die Lambdasonde angeordnet. Diese dient zur Messung des Restsauerstoffgehalts des Abgases. Entsprechend wird die Lambdasonde stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung von dem Abgas angeströmt und/oder überströmt. In jedem Fall ragt die Lambdasonde derart in das Abgas hinein, dass dessen Restsauerstoffgehalt ermittelt werden kann. Unter Verwendung des Messsignals der Lambdasonde wird vorzugsweise eine Lambdaregelung der Brennkraftmaschine durchgeführt und entsprechend das Verbrennungsluftverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs eingestellt, insbesondere steuernd und/oder regelnd.
• Die Lambdasonde reagiert nicht nur auf in dem Abgas enthaltenen Sauerstoff, sondern weist zusätzlich eine starke Querempfindlichkeit gegenüber Wasserstoff auf. Das bedeutet, dass bei demselben Verbrennungsluftverhältnis, jedoch unterschiedlichen Massenverhältnis von (molekularem) Wasserstoff zu Kohlenstoffmonoxid, die Lambdasonde einen zu geringen Restsauerstoffgehalt anzeigt, also eine fettere Abgaszusammensetzung als tatsächlich vorliegt. Weil das Verbrennungsluftverhältnis jedoch unabhängig von dem Verhältnis zwischen Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, weil sowohl molekularer Wasserstoff als auch Kohlenstoffmonoxid für eine vollständige Oxidation zu Wasser beziehungsweise Kohlenstoffdioxid jeweils ein Sauerstoffmolekül benötigen, führt diese selektive Querempfindlichkeit der Lambdasonde auf Wasserstoff zu einer ungenauen Lambdaregelung. Somit ist es sinnvoll, den Wasserstoffanteil in dem Abgas zu ermitteln und vorzugsweise zur Korrektur des Messsignals der Lambdasonde heranzuziehen.
• Das Verhältnis zwischen molekularen Wasserstoff und Kohlenstoffmonoxid hängt jedoch von der spezifischen Konvertierungsleistung der Abgasreinigungseinrichtung ab. Entscheidend für die Konvertierungsleistung der Abgasreinigungseinrichtung ist beispielsweise die sogenannte Wassergas-Shift-Reaktion und/oder die Dampfreformierungsreaktion. Die in der Abgasreinigungseinrichtung ablaufenden Reaktionen können beispielsweise wie folgt zusammengefasst werden:
• Oxidation: H₂ + 0,5 O₂ ↔ H₂O CO + 0,5 O₂ ↔ CO₂ C₃H₆ + 4,5 O₂ → 3 CO₂ + 3 H₂O C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
• Reduktion: NO + H₂→ H₂O + 0,5 N₂ NO + CO → CO₂ + 0,5 N₂ 9 NO + C₃H₆ → 3 CO₂ + 3 H₂O + 4,5 N₂ 10 NO + C₃H₈→ 3 CO₂+ 4 H₂O + 5 N₂
• Wassergas-Shift-Reaktion/Dampfreformierungsreaktion: CO + H₂O ↔ CO₂ + H₂ C₃H₆ + 3 H₂O → 3 CO +6 H₂ C₃H₈ + 3 H₂O → 3 CO + 7 H₂
• Weiterhin gelten bevorzugt die folgenden Beziehungen: $$\mathrm{\lambda }\approx \text{Luftmasse/}\left(\text{Kraftstoffmasse}\cdot \mathrm{14,7}\right)$$

  

  $$\begin{array}{c}\mathrm{\lambda }=\left(2{\text{ C}}_{\text{O2}}+2{\text{ C}}_{\text{CO2}}+{\text{C}}_{\text{H2O}}+{\text{C}}_{\text{CO}}+{\text{C}}_{\text{NO}}+2{\text{ C}}_{\text{NO2}}\right)/\\ \left(2{\text{ C}}_{\text{CO}}+{\text{C}}_{\text{H2}}+9{\text{ C}}_{\text{C3H6}}+10{\text{ C}}_{\text{C3H8}}+2{\text{ C}}_{\text{CO2}}+{\text{C}}_{\text{H2O}}\right)\end{array}$$

  
• Hierbei beschreibt C_x die Konzentration des Stoffs, der jeweils als Subskript genannt ist. Es ergibt sich die folgende Beziehung: $$\begin{array}{c}\mathrm{\lambda }=(2\text{ sqrt}\left(1/32\right){\text{ C}}_{\text{O2}}+2\text{ sqrt}\left(1/44\right){\text{ C}}_{\text{CO2}}+\text{sqrt}\left(1/18\right){\text{ C}}_{\text{H2O}}+\text{sqrt}\left(1/28\right)\\ {\text{C}}_{\text{CO}}+\text{sqrt}\left(1/30\right){\text{ C}}_{\text{NO}}+2\text{sqrt}\left(1/46\right){\text{ C}}_{\text{NO2}})/\\ (2\text{ sqrt}\left(1/28\right){\text{ C}}_{\text{CO}}+\text{ sqrt}\left(1/2\right){\text{ C}}_{\text{H2}}+9\text{ sqrt}\left(1/42\right){\text{ C}}_{\text{C3H6}}+10\text{ sqrt}\left(1/44\right)\\ {\text{C}}_{\text{C3H8}}+2\text{ sqrt}\left(1/44\right){\text{ C}}_{\text{CO2}}+\text{sqrt}\left(1/18\right){\text{ C}}_{\text{H2O}})\end{array}$$

  
• Für die Diffusionsgeschwindigkeit gilt zudem: $${\text{v}}_{\text{x}}=\text{sqrt}\left(\left(8{\text{k}}_{\text{B}}\cdot \text{T}\right)\text{/}\left(\mathrm{\pi }\cdot {\text{m}}_{\text{x}}\right)\right)$$

  
• Zu dem Vorstehenden tritt hinzu, dass die Menge des in der Abgasreinigungseinrichtung erzeugten molekularen Wasserstoffs bei ansonsten gleichen Betriebsbedingungen mit zunehmendem Alter der Abgasreinigungseinrichtung abnimmt. Dies resultiert aus einer Verringerung der Reaktionsrate der Reaktion, aus welcher der molekulare Wasserstoff resultiert. In anderen Worten läuft also in der Abgasreinigungseinrichtung eine Reaktion ab, aus welcher der Wasserstoffanteil in dem Abgas stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung, nämlich an der Lambdasonde, resultiert.
• Dieser Wasserstoffanteil oder zumindest die dem Wasserstoffanteil beschreibende Größe soll nun bestimmt werden. Hierzu wird das Messsignal der Lambdasonde nach dem Umschalten auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch erfasst und ausgewertet. Die Brennkraftmaschine wird also zunächst mit einem zumindest stöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben, vorzugsweise mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch. Anschließend wird auf das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch umgeschaltet.
• Nach dem Umschalten, beispielsweise unmittelbar bei dem Umschalten, unmittelbar nach dem Umschalten oder zeitlich beabstandet nach dem Umschalten wird das Messsignal der Lambdasonde erfasst und zum Bestimmen der den Wasserstoffanteil beschreibenden Größe ausgewertet. Je mehr Abgas in der Abgasreinigungseinrichtung anfällt beziehungsweise je höher die Reaktionsrate der Wasserstoff erzeugenden Reaktion ist, umso langsamer reagiert die Lambdasonde nach dem Umschalten auf den durch das Umschalten auf das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch höheren Restsauerstoffgehalt in dem Abgas. Dies rührt von der hohen Querempfindlichkeit der Lambdasonde auf molekularen Wasserstoff her. Je geringer der Wasserstoffanteil beziehungsweise die Reaktionsrate der Wasserstoff erzeugenden Reaktion ist, umso rascher stellt sich die Lambdasonde auf den höheren Restsauerstoffgehalt des Abgases ein.
• Beispielsweise ist es zum Bestimmen der den Wasserstoffanteil beschreibenden Größe vorgesehen, zunächst die Brennkraftmaschine mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch zu betreiben, nämlich insbesondere bis das Messsignal der Lambdasonde einen bestimmten Wert entspricht. Falls als Lambdasonde eine Sprunglambdasonde verwendet wird, so wird beispielsweise die Brennkraftmaschine mit dem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben, bis das Messsignal der Lambdasonde eine bestimmte Spannung erreicht oder überschreitet. Als diese bestimmte Spannung wird beispielsweise eine Spannung von mindestens 0,70 V, mindestens 0,75 V, oder mindestens 0,80 V verwendet.
• Hat das Messsignal den gewünschten Wert erreicht, so wird auf das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch umgeschaltet und das Messsignal der Lambdasonde erfasst und ausgewertet. Beispielsweise wird das Messsignal der Lambdasonde lediglich einmalig erfasst, nämlich an einem bestimmten Zeitpunkt nach dem Umschalten. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass ein Verlauf des Messsignals der Lambdasonde erfasst wird, wobei mehrere Messsignale nacheinander erfasst und abgespeichert werden. Beispielsweise erfolgt das Erfassen des Verlaufs des Messsignals ab dem Umschalten und/oder bis das Messsignal der Lambdasonde einen bestimmten Wert erreicht hat, beispielsweise eine Spannung von höchstens 0,65 V, höchstens 0,60 V, höchstens 0,55 V oder höchstens 0,50 V erreicht beziehungsweise unterschreitet. Anschließend wird der Verlauf des Messsignals zum Bestimmen der den Wasserstoffanteil beschreibenden Größe ausgewertet.
• Auf diese Art und Weise ist es möglich, die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe mit vergleichsweise geringem Aufwand zu ermitteln. Die Größe kann nachfolgend beispielsweise zur Korrektur des Messsignals beziehungsweise des aus dem Messsignal bestimmten Restsauerstoffgehalts herangezogen werden, sodass eine Genauigkeit der Lambdaregelung der Brennkraftmaschine realisiert wird.
• Eine bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass als den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ein Massenverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoffmonoxid verwendet wird. Sofern als Fettgaskomponenten lediglich der molekulare Wasserstoff und das Kohlenstoffmonoxid betrachtet werden, so muss chemisch gesehen die Summe der Menge des Wasserstoffs und der Menge des Kohlenstoffmonoxids bei gleichem Kraftstoff-Luft-Gemisch konstant sein. Ist die Reaktionsrate der für den Wasserstoffanteil maßgeblichen Reaktion größer, so liegt mehr molekularer Wasserstoff und weniger Kohlenstoffmonoxid vor als bei einer geringeren Reaktionsrate. Bei einer neuen Abgasreinigungseinrichtung liegt üblicherweise eine höhere Reaktionsrate vor als bei einer älteren Abgasreinigungseinrichtung. Die unterschiedlichen Reaktionsraten resultieren insoweit in unterschiedlichen Massenverhältnissen von Wasserstoff zu Kohlenstoffmonoxid, sodass diese Größe mit besonders geringem Aufwand bestimmt werden kann.
• Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass nach dem Umschalten eine Differenz des Messsignals zu einem Referenzsignal ermittelt wird, wobei die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe umso größer ist, je kleiner die Differenz ist. Das Referenzsignal ist beispielsweise in der Antriebseinrichtung, insbesondere einem Steuergerät der Antriebseinrichtung, hinterlegt. Das Referenzsignal kann in Form eines einzigen Referenzwerts oder eines Referenzverlaufs, bestehend aus mehreren Referenzwerten, vorliegen. Das Referenzsignal wird mit dem Messsignal verglichen und die Differenz des Messsignals zu dem Referenzsignal ermittelt. Beispielsweise wird also die Differenz des Messsignals zu dem Referenzwert oder ein Verlauf der Differenz der mehreren Messsignale zu den mehreren Referenzwerten ermittelt. Je kleiner diese Differenz ist, umso größer ist die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe.
• Beispielsweise wird die Größe anhand einer mathematischen Beziehung aus der Differenz berechnet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Größe mittels einer Tabelle oder einem Kennfeld aus der Differenz ermittelt wird. In jedem Fall ist es bevorzugt vorgesehen, dass mehrere Werte für die Größe für mehrere Differenzen hinterlegt sind, sodass anhand der Differenz des Messsignals zu dem Referenzsignal der hinterlegte Wert für die Größe bestimmt werden kann. Auf diese Art und Weise ist eine besonders einfache Ermittlung der Größe möglich.
• Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Referenzsignal anhand eines neuen Katalysators ermittelt wird. Unter dem neuen Katalysator ist vorzugsweise ein fabrikneuer Katalysator zu verstehen, welcher bislang nicht oder mit lediglich wenig Abgas durchströmt wurde. Das Ermitteln des Referenzsignals anhand des neuen Katalysators wird beispielsweise auf einem Prüfstand vorgenommen. Es kann jedoch auch in situ in der Antriebseinrichtung erfolgen. Das Ermitteln des Referenzsignals anhand des neuen Katalysators ermöglicht eine besonders genaue Auswertung der den Wasserstoffanteil beschreibenden Größe.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Referenzsignal bei einer ersten Inbetriebnahme des Katalysators erfasst wird. In diesem Fall erfolgt beispielsweise eine Ermittlung des Referenzsignals in situ in der Antriebseinrichtung, nämlich bei einem ersten Starten der Brennkraftmaschine, infolgedessen der Katalysator von Abgas durchströmt wird. Eine derartige Vorgehensweise hat den Vorteil, dass das Referenzsignal auf den verwendeten Katalysator kalibriert ist und für denselben Katalysator hinterlegt ist, für welchen nachfolgend die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ermittelt wird. Entsprechend ist das Ermitteln mit einer besonders hohen Genauigkeit möglich.
• Eine bevorzugte weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe für den neuen Katalysator hinterlegt ist. Dies ist insbesondere für unterschiedliche Betriebsbedingungen vorgesehen, sodass für die jeweiligen Betriebsbedingungen der Antriebseinrichtung beziehungsweise der Brennkraftmaschine die dem Wasserstoffanteil beschreibende Größe für den neuen Katalysator bekannt ist oder zumindest aus den hinterlegten Werten ermittelbar ist. Liegt zwischen dem Messsignal und dem Differenzsignal eine Differenz von null vor, so entspricht die den Wasseranteil beschreibende Größe der hinterlegten Größe.
• Beispielsweise wird die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe als Funktion aus der hinterlegten Größe und der Differenz ermittelt. Beispielsweise wird eine maximale Differenz festgelegt, welche über der Lebensdauer des Katalysators bei bestimmungsgemäßem Gebrauch auftritt. Die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ergibt sich nun beispielsweise aus der hinterlegten Größe multipliziert mit dem Ergebnis aus eins minus der Differenz dividiert durch die maximale Differenz. Hierdurch wird eine besonders genaue Bestimmung der den Wasserstoffanteil beschreibenden Größe möglich.
• Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verlauf des Messsignals erfasst wird, bis das Messsignal mit dem Referenzsignal zusammenfällt, die Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Messsignal ab dem Umschalten bis zu dem Zusammenfallen aufsummiert und aus der Summe die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ermittelt wird. Es ist also vorgesehen, den Verlauf des Messsignals zu erfassen, nämlich ab dem Umschalten solange, bis das Messsignal mit dem Referenzsignal zusammenfällt. Beispielswiese wird hierzu ein Referenzsignal verwendet, welches für die aktuellen Betriebsbedingungen der Antriebseinrichtung beziehungsweise der Brennkraftmaschine hinterlegt ist.
• Nach dem Erfassen des Verlaufs des Messsignals wird die Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Messsignal ausgewertet und aufsummiert beziehungsweise aufintegriert. Dies erfolgt ab dem Umschalten bis zu dem Zusammenfallen des Messsignals mit dem Referenzsignal. Aus der Summe wird anschließend die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ermittelt, beispielsweise anhand einer mathematischen Beziehung, einer Tabelle oder einem Kennfeld. Die Betrachtung des Verlaufs des Messsignals beziehungsweise dessen Auswerten macht eine besonders hohe Genauigkeit der Ermittlung der den Wasserstoffanteil beschreibenden Größe möglich.
• Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass ein aus dem Messsignal ermittelter Lambdawert anhand der Größe korrigiert wird. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Aufgrund der Querempfindlichkeit gegenüber molekularem Wasserstoff kann sich eine Abweichung in der Lambdaregelung der Brennkraftmaschine ergeben. Aus diesem Grund soll das Messsignal der Lambdasonde mithilfe der Größe korrigiert werden, sodass das korrigierte Messsignal den tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Restsauerstoffgehalt genauer wiedergibt als das nicht korrigierte Messsignal. Hierdurch wird eine besonders hohe Genauigkeit der Lambdaregelung der Brennkraftmaschine ermöglicht, sodass eine Verringerung der Schadstoffemissionen erzielt wird.
• Schließlich kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die in der Abgasreinigungseinrichtung ablaufende Reaktion eine Wassergas-Shift-Reaktion und/oder eine Dampfreformierungsreaktion ist. Die genannten Reaktionen sind die Hauptquelle für den in dem Abgas vorliegenden molekularen Wasserstoff, der in dem Katalysator anfällt. Aus diesem Grund ist eine Betrachtung zumindest einer der Reaktionen oder beider Reaktionen besonders hilfreich bei der Ermittlung der den Wasserstoffanteil beschreibenden Größe.
• Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, die über eine mit eine mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebene, Abgas erzeugende Brennkraftmaschine und eine als Katalysator ausgebildete Abgasreinigungseinrichtung zur Reinigung des Abgases sowie über eine stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zur Messung eines Restsauerstoffgehalts des Abgases verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass die Antriebseinrichtung dazu ausgebildet ist, zum Bestimmen einer einen aus einer in der Abgasreinigungseinrichtung ablaufenden Reaktion resultierenden Wasserstoffanteil beschreibende Größe in dem Abgas ein Messsignal der Lambdasonde nach einem Umschalten auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erfassen und auszuwerten, indem ein Verlauf des Messsignals erfasst wird, bis das Messsignal mit einem Referenzsignal zusammenfällt, die Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Messsignal ab dem Umschalten bis zu dem Zusammenfallen aufsummiert und aus der Summe die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ermittelt wird.
• Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu Ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen den Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
• 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung, sowie
• 2 mehrere Diagramme, in welchen Messsignale von Lambdasonden sowie Konzentrationen mehrerer Stoffe nach einer Abgasreinigungseinrichtung der Antriebseinrichtung über der Zeit aufgetragen sind.
• Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, die über eine Brennkraftmaschine 2 sowie einen Abgastrakt 3 verfügt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 2 mehrere Zylinder 4 auf. Jeder der Zylinder 4 verfügt über wenigstens ein Einlassventil 5 und wenigstens ein Auslassventil 6. Über jedes der Einlassventile 5 kann dem jeweiligen Zylinder 4 Frischgas aus einem Frischgastrakt 7 zugeführt werden, wohingegen jedes der Auslassventile 6 Abgas aus dem entsprechenden Zylinder 4 entweichen kann, nämlich in Richtung des Abgastrakts 3. Das Frischgas wird an den Einlassventilen 5 mittels eines Verdichters 8 bereitgestellt, welcher Teil eines Abgasturboladers 9 ist.
• Zusätzlich zu dem Verdichter 8 weist der Abgasturbolader 9 eine Turbine 10 auf, welche über eine Abgasleitung 11, die Bestandteil des Abgastrakts 3 ist, an die Auslassventile 6 strömungstechnisch angeschlossen ist. Stromabwärts der Turbine 10 liegt eine Abgasreinigungseinrichtung 12 in Form eines Katalysators beziehungsweise eines katalytischen Konverters vor. Stromaufwärts der Abgasreinigungseinrichtung 12 ist eine erste Lambdasonde 13 und stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung 12 eine zweite Lambdasonde 14 angeordnet, wobei die Lambdasonden 13 und 14 lediglich schematisch angedeutet sind.
• Die Antriebseinrichtung 1 beziehungsweise die Brennkraftmaschine 2 wird beispielsweise mittels eines Verfahrens betrieben, gemäß welchem ein Verbrennungsluftverhältnis alternierend auf ein erstes Verbrennungsluftverhältnis und ein von dem ersten Verbrennungsluftverhältnis verschiedenes zweites Verbrennungsluftverhältnis eingestellt wird. Beispielsweise entspricht das erste Verbrennungsluftverhältnis einem mageren Kraftstoff-Luft-Gemisch und das zweite Verbrennungsluftverhältnis einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch, mit welchem die Brennkraftmaschine 2 betrieben wird.
• Es ist vorgesehen, dass zum Bestimmen einer Größe, die den Wasserstoffanteil in dem Abgas beschreibt, der aus einer in der Abgasreinigungseinrichtung 12 ablaufenden Reaktion resultiert, ein Messsignal der zweiten Lambdasonde 14, welche stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung 12 angeordnet ist, nach einem Umschalten auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch erfasst und ausgewertet wird. Das bedeutet, dass die Brennkraftmaschine zunächst mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben wird und anschließend auf das magere Kraftstoff-Luft-Gemisch umgeschaltet wird.
• Die 2 zeigt drei Diagramme, wobei in einem oberen der Diagramme ein Messsignal der ersten Lambdasonde 13 in Form eines Verbrennungsluftverhältnisses Lambda über der Zeit t als Verlauf 15 aufgetragen ist. In einem mittleren der Diagramme zeigen ein Verlauf 16 und ein Verlauf 17 Messsignale der zweiten Lambdasonde 14 über der Zeit t für Abgasreinigungseinrichtungen 12 mit unterschiedlichen Laufzeiten, welche jedoch ansonsten identisch sind. Der Verlauf 16 zeigt das Messsignal der zweiten Lambdasonde 14 für eine neue Abgasreinigungseinrichtung 12, insbesondere eine fabrikneue Abgasreinigungseinrichtung 12. Der Verlauf 17 zeigt das Messsignal der zweiten Lambdasonde 14 für eine Abgasreinigungseinrichtung 12 mit höherer Laufleistung.
• Ein unteres der Diagramme schließlich zeigt Konzentrationen mehrerer Stoffe für die unterschiedlichen Abgasreinigungseinrichtungen 12, wiederum über der Zeit t. Die Verläufe 18 und 21 zeigen eine Konzentration von molekularem Wasserstoff, die Verläufe 19 und 20 von Kohlenstoffmonoxid. Die Verläufe 18 und 20 gelten für die neue Abgasreinigungseinrichtung 12, wohingegen die Verläufe 19 und 21 für die Abgasreinigungseinrichtung 12 mit höherer Laufleistung gelten.
• Es ist erkennbar, dass zum Zeitpunkt t₁ ein Kraftstoff-Luft-Gemisch, mit welchem die Brennkraftmaschine betrieben wird, von einem fetten auf ein mageres Gemisch umgestellt wird. Dies schlägt sich unmittelbar in dem verlauf 15 der ersten Lambdasonde 13 nieder. Die Verläufe 16 und 17 der Messsignale der zweiten Lambdasonde 14 unterscheiden sich hinsichtlich der Laufzeit der Abgasreinigungseinrichtung 12. So ist das Messsignal für die neue Abgasreinigungseinrichtung 12 höher als das Messsignal für die Abgasreinigungseinrichtung 12 mit höherer Laufleistung. Dies rührt von einer höheren Reaktionsrate einer in der Abgasreinigungseinrichtung 12 ablaufenden Reaktion her, welche molekularen Wasserstoff bildet, beziehungsweise diese als Produkt aufweist. Die Reaktionsrate ist für die neue Abgasreinigungseinrichtung 12 höher als für die Abgasreinigungseinrichtung 12 mit höherer Laufleistung.
• Aufgrund einer Querempfindlichkeit der zweiten Lambdasonde 14 auf molekularen Wasserstoff ergeben sich für dasselbe Kraftstoff-Luft-Gemisch unterschiedliche Messsignale, wie den Verläufen 16 und 17 zu entnehmen ist. Derselbe Sachverhalt zeigt sich für die Verläufe 18, 19, 20 und 21. Für die neue Abgasreinigungseinrichtung 12 sinkt die Konzentration des molekularen Wasserstoffs gemäß dem Verlauf 18 bei der neuen Abgasreinigungseinrichtung 12 langsamer als für die Abgasreinigungseinrichtung 12 mit höherer Laufleistung gemäß Verlauf 21. Dies gilt umgekehrt für die Konzentration von Kohlenstoffmonoxid, welche für die neue Abgasreinigungseinrichtung 12 rascher abfällt als für die Abgasreinigungseinrichtung 12 mit höherer Laufleistung.
• Aus dem Vergleich der Verläufe 16 und 17 kann auf die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe in dem Abgas der Brennkraftmaschine 2 geschlossen werden. Anhand dieser Größe soll nachfolgend eine Korrektur des Messsignals der zweiten Lambdasonde 14 beziehungsweise des mittels dieser ermittelten Restsauerstoffgehalts des Abgases erfolgen. Hierdurch ergibt sich eine hohe Genauigkeit der mittels der zweiten Lambdasonde 14 durchgeführten Lambdaregelung der Brennkraftmaschine 2.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1), die über eine mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebene, Abgas erzeugende Brennkraftmaschine (2) und eine als Katalysator ausgebildete Abgasreinigungseinrichtung (12) zur Reinigung des Abgases sowie über eine stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (14) zur Messung eines Restsauerstoffgehalts des Abgases verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen einer einen aus einer in der Abgasreinigungseinrichtung (12) ablaufenden Reaktion resultierenden Wasserstoffanteil beschreibenden Größe in dem Abgas ein Messsignal der Lambdasonde (14) nach einem Umschalten auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch erfasst und ausgewertet wird, indem ein Verlauf des Messsignals erfasst wird, bis das Messsignal mit einem Referenzsignal zusammenfällt, die Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Messsignal ab dem Umschalten bis zu dem Zusammenfallen aufsummiert und aus der Summe die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ein Massenverhältnis von Wasserstoff zu Kohlenstoffmonoxid verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Umschalten die Differenz des Messsignals zu dem Referenzsignal ermittelt wird, wobei die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe umso größer ist, je kleiner die Differenz ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal anhand eines neuen Katalysators ermittelt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzsignal bei einer ersten Inbetriebnahme des Katalysators erfasst wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe für den neuen Katalysator hinterlegt ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus dem Messsignal ermittelter Lambdawert anhand der Größe korrigiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Abgasreinrichtung (12) ablaufende Reaktion eine Wassergas-Shift-Reaktion und/oder eine Dampfreformierungsreaktion ist.
9. Antriebseinrichtung (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, die über eine mit einem Kraftstoff-Luft-Gemisch betriebene, Abgas erzeugende Brennkraftmaschine (2) und eine als Katalysator ausgebildete Abgasreinigungseinrichtung (12) zur Reinigung des Abgases sowie über eine stromabwärts der Abgasreinigungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde zur Messung eines Restsauerstoffgehalts des Abgases verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (1) dazu ausgebildet ist, zum Bestimmen einer einen aus einer in der Abgasreinigungseinrichtung (12) ablaufenden Reaktion resultierenden Wasserstoffanteil beschreibenden Größe in dem Abgas ein Messsignal der Lambdasonde (14) nach einem Umschalten auf ein mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch zu erfassen und auszuwerten, indem ein Verlauf des Messsignals erfasst wird, bis das Messsignal mit einem Referenzsignal zusammenfällt, die Differenz zwischen dem Referenzsignal und dem Messsignal ab dem Umschalten bis zu dem Zusammenfallen aufsummiert und aus der Summe die den Wasserstoffanteil beschreibende Größe ermittelt wird.

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