DE102022114191A1 - Steuergerät für einen Antriebsstrang zum Steuern eines Zündzeitpunkts und eines Luftverhältnisses - Google Patents

Steuergerät für einen Antriebsstrang zum Steuern eines Zündzeitpunkts und eines Luftverhältnisses Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für einen Antriebsstrang, umfassend einen Wasserstoffmotor und ein Abgasnachbehandlungssystem, zum Steuern eines Zündzeitpunkts und eines Luftverhältnisses basierend auf einem Zustand des Abgasnachbehandlungssystems.Das erfindungsgemäße Steuergerät (1) für einen Antriebsstrang (2), umfassend einen Verbrennungsmotor (3) und ein Abgasnachbehandlungssystem (4), wobei der Verbrennungsmotor (3) als Wasserstoffmotor ausgeführt ist und wobei das Abgasnachbehandlungssystem (4) ein DeNOx System (5,6) umfasst, ist ausgebildet und eingerichtet, die folgenden Schritte durchzuführen:- Ermitteln eines Zustands (S10) des Abgasnachbehandlungssystems (4),- Vergleichen (S20) des ermittelten Zustands (S10) mit einem erwarteten Zustand,- Wenn das Vergleichen (S20) ergibt, dass eine Abweichung (Δz) zwischen dem ermittelten (S10) und dem erwarteten Zustand größer als ein Schwellenwert (S) ist:o Bestimmen eines Sollwerts (S30) basierend auf dem ermittelten Zustand (S10) undo Adaptieren (S50) einer Basiskalibrierung zum Steuern des Verbrennungsmotors (3) basierend auf dem bestimmten Sollwert (S30), und- Steuern (S60) eines Zündzeitpunkts und eines Luftverhältnisses basierend auf der Basiskalibrierung oder der adaptierten Basiskalibrierung (S50).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für einen Antriebsstrang, umfassend einen Wasserstoffmotor und ein Abgasnachbehandlungssystem, zum Steuern eines Zündzeitpunkts und eines Luftverhältnisses basierend auf einem Zustand des Abgasnachbehandlungssystems.
  • Aus der DE 10 2020 006 451 A1 ist Steuergerät für einen Antriebsstrang, umfassend einen Verbrennungsmotor, zum Steuern des Verbrennungsmotors, so dass ein Wasserstoffgehalt eines Abgases angepasst wird, bekannt.
  • Aus der DE 10 2020 006 983 A1 ist ein Steuergerät für einen Antriebsstrang, umfassend einen Verbrennungsmotor, zum Steuern einer Einspritzmenge an Wasserstoff, bekannt.
  • Das erfindungsgemäße Steuergerät für einen Antriebsstrang, umfassend einen Verbrennungsmotor und ein Abgasnachbehandlungssystem, wobei der Verbrennungsmotor als Wasserstoffmotor ausgeführt und das Abgasnachbehandlungssystem ein DeNOx System umfasst, ist ausgebildet und eingerichtet, die folgenden Schritte durchzuführen:
    • - Ermitteln eines Zustands des Abgasnachbehandlungssystems,
    • - Vergleichen des ermittelten Zustands mit einem erwarteten Zustand,
    • - Wenn das Vergleichen ergibt, dass eine Abweichung zwischen dem ermittelten und dem erwarteten Zustand größer als ein Schwellenwert ist:
      • ◯ Bestimmen eines Sollwerts basierend auf dem ermittelten Zustand und
      • ◯ Adaptieren einer Basiskalibrierung zum Steuern des Verbrennungsmotors basierend auf dem bestimmten Sollwert, und
    • - Steuern eines Zündzeitpunkts und eines Luftverhältnisses basierend auf der Basiskalibrierung oder der adaptierten Basiskalibrierung.
  • Dadurch, dass das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, den Zündzeitpunkt und das Luftverhältnis basierend auf der Basiskalibrierung oder der adaptierten Basiskalibrierung zu steuern, ermöglicht die Erfindung, den Verbrennungsmotor in einem Nominalbetrieb als auch basierend auf dem bestimmten Sollwert und somit unter Berücksichtigung des ermittelten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems zu steuern. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um den Verbrennungsmotor mit möglichst niedrigen NOx Emissionen zu betreiben.
  • Als Wasserstoffmotor wird hier ein Verbrennungsmotor verstanden, der eingerichtet ist, mit Wasserstoff als Kraftstoff betrieben zu werden. Dabei kann der Verbrennungsmotor sowohl ausschließlich mit Wasserstoff als auch mit mehreren Kraftstoffen betrieben werden. Die Verwendung von mehreren Kraftstoffen schließt dabei das Verwenden mehrerer Kraftstoffe in einem Verbrennungszyklus als auch das Verwenden nur eines Kraftstoffs in einem Verbrennungszyklus, wobei der Verbrennungsmotor für die Verwendung unterschiedlicher Kraftstoffe eingerichtet ist, ein.
  • Als Abgasnachbehandlungssystem wird eine Vorrichtung verstanden, die eingerichtet ist, das aus dem Verbrennungsmotor austretende Abgas von schädlichen Rohemissionen zu reinigen. Das Abgasreinigungssystem umfasst zumindest ein DeNOx System, kann aber weitere Komponenten wie beispielsweise einen Oxidationskatalysator, einen Rußpartikelfilter oder einen Ammoniakschlupfkatalysator umfassen.
  • Als Rohemissionen werden unerwünschte Komponenten des Abgases stromauf des Abgasreinigungssystems verstanden. Diese können beispielsweise Rohemissionen von Stickoxiden (NOx), Kohlenstoffmonoxid (CO), unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) oder Rußpartikeln sein.
  • Als DeNOx System wird ein System zum Reduzieren von NOx Emissionen verstanden. Dies kann beispielsweise ein SCR Katalysator oder ein NOx Speicherkatalysator sein.
  • Als Zustand wird hier eine Eigenschaft des Abgasnachbehandlungssystems verstanden, wie beispielsweise eine Temperatur, eine Konvertierungsrate, eine Emission, ein Alterungszustand oder ein Gegendruck.
  • Als Ermitteln wird hier sowohl ein Messen mithilfe zumindest eines stromauf, stromab und/oder innerhalb des Abgasnachbehandlungssystems angeordneten Sensors verstanden als auch alternativ oder ergänzend ein Berechnen des Zustands mithilfe eines Modells und/oder eines Kennfelds. Als Sensor kann beispielsweise eine NOx Sonde oder ein Temperatursensor eingesetzt werden.
  • Als Basiskalibrierung wird hier eine im Steuergerät hinterlegte Logik verstanden, basierend auf der das Steuergerät in einem Nominalbetrieb den Verbrennungsmotor steuert. Die Basiskalibrierung kann dabei als Kennfeld in dem Steuergerät hinterlegt sein.
  • Als Nominalbetrieb des Verbrennungsmotor wird hier ein Betreiben des Verbrennungsmotors basierend auf der Basiskalibrierung verstanden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Abweichung zwischen dem ermittelten und dem erwarteten Zustand kleiner als der Schwellenwert ist, das Abgasnachbehandlungssystem also in einem erwarteten Zustand ist.
  • Als Sollwert wird hier ein Zielwert für eine Größe verstanden. Dies können Zielwerte für Größen wie eine NOx Emission oder eine Temperatur stromauf, stromab und/oder innerhalb des Abgasnachbehandlungssystem sowie eine Konvertierungsrate und/oder einen Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems sein.
  • Als Adaptieren wird hier ein Anpassen der Basiskalibrierung basierend auf dem bestimmten Sollwert verstanden, sodass der ermittelte Zustand an den erwarteten Zustand angepasst werden kann.
  • Als Steuern wird hier ein Steuern mit offenem oder zeitweise geschlossenem Wirkungsweg als auch eine Regelung mit einem geschlossenen Wirkungsablauf verstanden.
  • Bevorzugt umfasst das Steuern des Luftverhältnisses ein Anpassen eines Ladedrucks, so dass durch Ändern des Ladedrucks und damit einer dem Verbrennungsmotor zugeführten Luftmenge der Zustand des Abgasnachbehandlungssystems, also beispielsweise eine Temperatur oder eine NOx Emission, beeinflusst werden kann.
  • Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, eine Einspritzmenge und/oder einen Einspritzzeitpunkt von Wasserstoff basierend auf der Basiskalibrierung oder der adaptierten Basiskalibrierung zu steuern.
  • Dadurch, dass das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, die Einspritzmenge und/oder den Einspritzzeitpunkt von Wasserstoff basierend auf der Basiskalibrierung oder der adaptierten Basiskalibrierung zu steuern, ermöglicht die Erfindung, die Wasserstoffeinspritzung sowohl in einem Nominalbetrieb des Verbrennungsmotors als auch basierend auf dem bestimmten Sollwert und somit unter Berücksichtigung des ermittelten Zustands des Abgasnachbehandlungssystems zu steuern.
  • So ermöglicht die Erfindung durch das Steuern der Einspritzmenge, hier insbesondere eine Limitierung der Einspritzmenge, und/oder das Steuern des Einspritzzeitpunktes den Zustand des Abgasnachbehandlungssystems zu beeinflussen. Bevorzugt kann so eine Temperatur und/oder eine NOx Emission des Abgasnachbehandlungssystems beeinflusst werden, so dass beispielsweise eine Betriebstemperatur des Abgasnachbehandlungssystems vorteilhaft bereitgestellt und/oder eine NOx Emission reduziert werden kann.
  • Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, eine Einspritzmenge von Wasserstoff basierend auf einem erforderlichen Luftverhältnis oder einer bestimmten Verschiebung eines Verbrennungsschwerpunkts zu steuern, wobei die bestimmte Verschiebung des Verbrennungsschwerpunkts von dem bestimmten Sollwert abhängt, wenn das Vergleichen ergibt, dass die Abweichung zwischen dem ermittelten und dem erwarteten Zustand größer als der Schwellenwert ist.
  • Dadurch, dass das Steuergerät die Einspritzmenge an Wasserstoff basierend auf dem erforderlichen Luftverhältnis oder der bestimmten Verschiebung des Verbrennungsschwerpunkts steuert, ermöglicht die Erfindung, dass die Einspritzmenge unter Berücksichtigung des ermittelten Zustands angepasst werden kann. Das hat den Vorteil, dass das Steuergerät beim Steuern der Einspritzmenge eine Lastanforderung, eine sich aus der bestimmten Verschiebung des Verbrennungsschwerpunkts ergebende Wirkungsgradänderung und den ermittelten Zustand berücksichtigen kann.
  • Als Sollverbrennungsschwerpunkt wird ein Verbrennungsschwerpunkt verstanden, der einen vorteilhaften Betrieb des Verbrennungsmotors ermöglicht. Dieser ist abhängig von einem aktuellen Verbrennungsmodus. In einem wirkungsgradgeführten Betrieb des Verbrennungsmodus ist der Sollverbrennungsschwerpunkt beispielsweise so definiert, dass ein möglichst hoher Wirkungsgrad erreicht wird. In einem Heizbetrieb kann er aber beispielsweise so definiert sein, dass eine vorteilhafte Abgastemperatur bereitgestellt werden kann.
  • Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, einen ersten und einen zweiten Sollwert zu bestimmen, ein Gewichten zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert durchzuführen und das Adaptieren der Basiskalibrierung zur Regelung des Verbrennungsmotors basierend auf den gewichteten Sollwerten durchzuführen.
  • Dadurch, dass das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, das Adaptieren der Basiskalibrierung zur Regelung des Verbrennungsmotors basierend auf den gewichteten Sollwerten durchzuführen, ermöglicht die Erfindung, zwischen den bestimmten Sollwerten zu priorisieren und Konflikte zwischen den bestimmten Sollwerten zu lösen.
  • Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, eine Limitierung des bestimmten Sollwerts zu berücksichtigen.
  • Dadurch, dass das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, eine Limitierung des bestimmten Sollwerts zu berücksichtigen, ermöglicht die Erfindung, Grenzen für den bestimmten Sollwert einzuhalten. Grenzen können sich für den bestimmten Sollwert beispielsweise aus gesetzlichen Vorgaben, Kraftstoffverbrauchszielen, einem gewünschten Fahrkomfort oder einzuhaltenden Bauteilbelastungen ergeben.
  • Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
    • 1 ein Ausführungsbeispiel eines Antriebstrangs mit einem Steuergerät und
    • 2 ein Ausführungsbeispiel von durch ein Steuergerät ausgeführten Schritten zum Steuern einer Einspritzmenge an Wasserstoff.
  • 1 zeigt einen Antriebsstrang 2 für ein Fahrzeug. Der Antriebsstrang 2 umfasst eine Ansaugstrecke 9, einen Verbrennungsmotor 3, eine Abgasstrecke 10 sowie eine erste 11 und eine zweite 12 Abgasrückführstrecke. Dabei ist die Ansaugstrecke 9 stromauf des Verbrennungsmotors 3 angeordnet. Die Abgasstrecke 10 ist stromab des Verbrennungsmotors 3 angeordnet und umfasst ein Abgasreinigungssystem 4.
  • Der Verbrennungsmotor 3 ist als aufgeladener, direkteinspritzender und fremdgezündeter Wasserstoffmotor mit vier Zylindern 13 ausgeführt. Dazu umfasst der Verbrennungsmotor 3 einen Abgasturbolader 14. Der Abgasturbolader 14 umfasst einen in der Ansaugstrecke 9 angeordneten Verdichter 15 und eine in der Abgasstrecke 10 angeordnete Turbine 16. Die Turbine 16 und der Verdichter 15 sind miteinander gekoppelt, so dass die durch die Turbine 16 vom Abgas aufgenommene Energie vom Verdichter 15 genutzt werden kann, um das Frischgas auf ein erhöhtes Druckniveau zu verdichten.
  • Zum Einbringen des Wasserstoffs in die Zylinder 13 umfasst der Verbrennungsmotor 3 eine Einspritzvorrichtung 30. Die Einspritzvorrichtung 30 umfasst einen Injektor je Zylinder 13, Zuleitungen und eine Kraftstoffversorgung.
  • Zum Zünden des Wasserstoff-Luft Gemischs umfasst der Verbrennungsmotor eine Zündvorrichtung 40. Die Zündvorrichtung 40 umfasst eine Zündkerze je Zylinder 13 und eine mit den Zündkerzen verbundene Zündanlage.
  • Das Abgasreinigungssystem 4 umfasst einen H2-SCR Katalysator 5, ein NH3-SCR System und einen Ammoniakschlupfkatalysator (ASK) 7. Der H2-SCR Katalysator 5 ist ausgebildet Stickoxidemissionen unter Nutzung von H2 zu reduzieren.
  • Das NH3-SCR System ist stromab des H2-SCR Katalysators 5 angeordnet und umfasst einen NH3-SCR Katalysator 6, eine Dosiereinheit 19 und einen Mischer 20. Die Dosiereinheit 19 ist ausgebildet und eingerichtet Ammoniak (NH3) stromauf des NH3-SCR Katalysators 6 in die Abgasstrecke 10 einzubringen. In dem zwischen der Dosiereinheit 19 und dem NH3-SCR Katalysator 6 angeordneten Mischer 20 werden das eingebrachte Ammoniak und das Abgas gemischt. Der NH3-SCR Katalysator 6 ist ausgebildet und eingerichtet, NOx Emissionen unter Nutzung des Ammoniaks zu reduzieren.
  • Zum Erfassen von NOx Emissionen ist ein NOx Sensor 22 stromab des Abgasnachbehandlungssystems 4 angeordnet.
  • Die erste Abgasrückführstrecke 11 ist stromauf des Abgasreinigungssystems 4 angeordnet und ausgebildet, Abgas stromauf der Turbine 16 des Abgasturboladers 14 aus der Abgasstrecke 10 abzuführen und der Ansaugstrecke 9 stromab des Verdichters 15 des Abgasturboladers 14 zuzuführen. Die zweite Abgasrückführstrecke 12 ist ausgebildet, Abgas stromab des H2-SCR Katalysators 5 aus der Abgasstrecke 10 abzuführen und stromauf des Verdichters 15 des Abgasturboladers 14 der Ansaugstrecke 9 zuzuführen. Mit der ersten 11 und der zweiten 12 Abgasrückführstrecke können für den Betrieb des Verbrennungsmotors 3 bevorzugte Abgasrückführungsraten bereitgestellt und ein möglichst effizienter Betrieb des Verbrennungsmotors 3 erreicht werden.
  • Der Antriebsstrang 2 umfasst ein Steuergerät 1. Das Steuergerät 1 ist ausgebildet und eingerichtet, ein Steuerprogramm auszuführen. Das Steuerprogramm umfasst Befehle, die in 2 dargestellten Schritte durchzuführen:
    • - Ermitteln von Zuständen S10 des Abgasnachbehandlungssystems 4,
    • - Vergleichen S20 der ermittelten Zustände S10 mit erwarteten Zuständen,
    • - Wenn das Vergleichen S20 ergibt, dass eine Abweichung (Δz) zwischen einem ermittelten S10 und einem erwarteten Zustand größer als ein Schwellenwert (S) ist:
      • ◯ Bestimmen eines ersten Sollwerts für eine Abgastemperatur und einen zweiten Sollwert für eine NOx Emission S30 basierend auf dem ermittelten Zustand S10 und unter Berücksichtigung von Limitierungen der bestimmten Sollwerte S30,
      • ◯ Gewichten S40 zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert,
      • ◯ Adaptieren S50 einer Basiskalibrierung zum Steuern des Verbrennungsmotors 3 basierend auf den gewichteten Sollwerten S40, und
    • - Steuern S60 eines Zündzeitpunkts, eines Luftverhältnisses, einer Einspritzmenge und eines Einspritzzeitpunkts von Wasserstoff basierend auf der Basiskalibrierung oder der adaptierten Basiskalibrierung S40.
  • Das Steuerprogramm umfasst Befehle, als Zustände des Abgasnachbehandlungssystems 4 eine erste Konvertierungsrate des H2-SCR Katalysators 5 und eine zweite Konvertierungsrate des NH3-SCR Katalysator 6 zu erfassen. Hierzu ist in dem Steuerprogramm ein Modell hinterlegt, das NOx Rohemissionen stromauf des Abgasnachbehandlungssystems 4 und NOx Emissionen stromab des H2-SCR Katalysators 5 berechnet. Mit den NOx Rohemissionen und den modellierten NOx Emissionen stromab des H2-SCR Katalysators 5 berechnet das Steuerprogramm die erste Konvertierungsrate. Mit den modellierten NOx Emissionen stromab des H2-SCR Katalysators 5 und den vom NOx Sensor 22 stromab des Abgasnachbehandlungssystems 4 erfassten NOx Emissionen berechnet das Steuerprogramm die zweite Konvertierungsrate.
  • Als erwartete Zustände sind in dem Steuerprogramm Sollkonvertierungsraten für die erste und die zweite Konvertierungsrate als Kennfeld hinterlegt. Durch Verwenden des Kennfelds können betriebspunktabhängig unterschiedliche Sollkonvertierungsraten hinterlegt werden. In alternativen Ausführungsbeispielen sind die Sollkonvertierungsraten als Werte, Kurven oder Funktionen hinterlegt.
  • Für das Vergleichen S20 umfasst das Steuerprogramm Befehle, eine erste Abweichung (ΔZ,1) und eine zweite Abweichung (ΔZ,2) zu bestimmen. Dabei entspricht die erste Abweichung (ΔZ,1) einem Unterschied zwischen ermittelter, erster Konvertierungsrate und erwarteter, erster Konvertierungsrate und die zweite Abweichung (ΔZ,2) einem Unterschied zwischen ermittelter, zweiter Konvertierungsrate und erwarteter, zweiter Konvertierungsrate.
  • Weiterhin vergleicht das Steuerprogramm die erste (ΔZ,1) und die zweite (ΔZ,2) Abweichung mit einem Schwellenwert (S). Der Schwellenwert ist hierbei für beide Abweichungen (ΔZ,1), ΔZ,2) identisch definiert, variiert allerdings in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Antriebsstrangs 2. In alternativen Ausführungsbeispielen sind in dem Steuerprogramm unterschiedliche Schwellenwerte für die Abweichungen hinterlegt.
  • Wenn die erste (ΔZ,1) und die zweite (ΔZ,2) Abweichung kleiner als der Schwellenwert (S) sind, steuert das Steuerprogramm den Zündzeitpunkt, das Luftverhältnis sowie die Einspritzmenge und den Einspritzzeitpunkt von Wasserstoff basierend auf der Basiskalibrierung.
  • Die Basiskalibrierung enthält Sollwerte für das Luftverhältnis, den Zündzeitpunkt sowie die Einspritzmenge und den Einspritzzeitpunkt von Wasserstoff. Die in der Basiskalibrierung enthaltenen Sollwerte sind dabei für einen möglichst geringen Kraftstoffverbrauch kalibriert.
  • Wenn die erste (ΔZ,1) und/oder die zweite (ΔZ,2) Abweichung größer als der Schwellenwert (S) sind, bestimmt das Steuerprogramm basierend auf dem ermittelten Zustand oder den ermittelten Zuständen S10, für den oder die die Abweichung (ΔZ,1,) ΔZ,2) größer als der Schwellenwert ist, einen ersten Sollwert für eine Abgastemperatur stromauf des Abgasnachbehandlungssystems 4 und einen zweiten Sollwert für eine NOx Rohemission. Beim Bestimmen der Sollwerte S30 berücksichtigt das Steuerprogramm hinterlegte Limitierungen für die Sollwerte. So berücksichtigt es hier beispielsweise eine maximale Abgastemperatur um einen NH3 Schlupf zu vermeiden oder zumindest zu reduzieren und eine maximale NOx Rohemission, so dass gesetzeskonforme NOx Emissionen stromab des Abgasnachbehandlungssystems 4 eingehalten werden können.
  • Weiterhin führt das Steuerprogram ein Gewichten S40 zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert durch. Durch das Gewichten S40 berücksichtigt das Steuerprogramm Prioritäten zwischen den beiden Sollwerten und kann so Konflikte zwischen den beiden Sollwerten lösen. Für das Gewichten S40 erforderliche Gewichtungsfaktoren sind im Steuergerät für das Steuerprogramm abrufbar hinterlegt. Das Steuerprogramm umfasst Befehle, das Gewichten S40 basierend auf einem Zustand des Verbrennungsmotors 3, dem ermittelten Zustand S10 des Abgasnachbehandlungssystems 4 und dem erwarteten Zustand des Abgasnachbehandlungssystems 4 durchzuführen.
  • Basierend auf den gewichteten Sollgrößen S40 adaptiert S50 das Steuerprogramm die Basiskalibrierung zum Steuern des Verbrennungsmotors 3. Durch das Berücksichtigen der gewichteten Sollgrößen S40 beim Steuern werden der Zündzeitpunkt, das Luftverhältnis sowie die Einspritzmenge und der Einspritzzeitpunkt von Wasserstoff so gesteuert, dass die NOx Rohemission und die Abgastemperatur entsprechend dem Gewichten S40 angepasst werden. Da die Abgastemperatur einen Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems wie beispielsweise die erste und/oder die zweite Konvertierungsrate beeinflusst und NOx Emissionen stromab des Abgasnachbehandlungssystems 4 im Wesentlichen durch die NOx Rohemissionen und einen Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems 4 bestimmt werden, wird so ein emissionsarmes Betreiben des Antriebsstrangs 2 ermöglicht.
  • In einem alternativen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das Steuerprogramm zusätzlich eine dynamische Steuerung des Zündzeitpunkts und der Einspritzmenge des Wasserstoffs, so dass in einem transienten Betrieb des Verbrennungsmotors ein Anfetten reduziert wird. Das Steuerprogramm umfasst hierzu Befehle, den Zündzeitpunkt und die Einspritzmenge von Wasserstoff basierend auf einem erforderlichen Luftverhältnis oder einer bestimmten Verschiebung eines Verbrennungsschwerpunkts zu steuern, wobei die bestimmte Verschiebung des Verbrennungsschwerpunkts von den gewichteten Sollwerten S40 abhängt, wenn das Vergleichen S20 ergibt, dass zumindest eine der Abweichungen (ΔZ1,ΔZ2) größer als der Schwellenwert (S) ist.
  • Das Steuerprogramm berechnet durch Ausführen eines Effizienzmodells des Verbrennungsmotors 3 zunächst eine erforderliche Einspritzmenge an Wasserstoff basierend auf einer Lastanforderung und einem aktuellen Verbrennungsmodus.
  • Das Steuerprogramm umfasst Befehle, das erforderliche Luftverhältnis basierend auf der erforderliche Einspritzmenge und einem aktuellen Luftmassenstrom zu ermitteln. Den aktuellen Luftmassenstrom bestimmt das Steuerprogramm über ein Luftpfadmodell in Verbindung mit Informationen von dem Luftmassenmesser 17.
  • Das Steuerprogramm berechnet durch das Ausführen des Effizienzmodells zusätzlich einen Sollverbrennungsschwerpunkt. Dieser beschreibt in Abhängigkeit vom Verbrennungsmodus und der Lastanforderung einen vorteilhaften Verbrennungsschwerpunkt. Vorteilhaft kann je nach Verbrennungsmodus beispielsweise ein gewünschter Wirkungsgrad, eine gewünschte Emission oder auch eine gewünschte Abgastemperatur sein.
  • Das Steuerprogramm umfasst Befehle, ein minimales Luftverhältnis unter Berücksichtigung des Verbrennungsmodus und der ermittelten Zustände des Abgasnachbehandlungssystems oder, wenn das Vergleichen S20 ergibt, dass zumindest eine der Abweichungen (ΔZ1, ΔZ2) größer als der Schwellenwert (S) ist, der gewichteten Sollwerte S40 zu ermitteln. So kann das Steuerprogramm beispielsweise einen Heizbedarf oder eine Begrenzung an einer NOx Rohemission berücksichtigen.
  • Dann vergleicht das Steuerprogramm das erforderliche Luftverhältnis mit dem minimalen Luftverhältnis. Wenn dieses Vergleichen ergibt, dass das erforderliche Luftverhältnis größer als das minimale Luftverhältnis ist, steuert das Steuerprogramm den Zündzeitpunkt und die Einspritzmenge an Wasserstoff basierend auf dem erforderlichen Luftverhältnis, indem es die Einspritzvorrichtung 30 mit der erforderlichen Einspritzmenge und die Zündvorrichtung 40 mit dem entsprechenden Zündzeitpunkt basierend auf der Basiskalibrierung ansteuert.
  • Das Steuerprogramm umfasst Befehle, eine Verschiebung des Verbrennungsschwerpunkts zu bestimmen, wenn das Vergleichen ergibt, dass das erforderliche Luftverhältnis kleiner als das minimale Luftverhältnis ist. Da bei dem erforderlichen Luftverhältnis für den Sollverbrennungsschwerpunkt eine in der Basiskalibrierung hinterlegte NOx Sollemission oder, wenn das Vergleichen S20 ergibt, dass zumindest eine der Abweichungen (ΔZ1, ΔZ2) größer als der Schwellenwert (S) ist, die gewichteten Sollwerte S40 nicht eingehalten werden können, verschiebt das Steuerprogramm den Verbrennungsschwerpunkt zu einem anderen Zeitpunkt. Die bestimmte Verschiebung wählt das Steuerprogramm so, dass das erforderliche Luftverhältnis erfüllt und eine in der Basiskalibrierung hinterlegte NOx Sollemission oder, wenn das Vergleichen S20 ergibt, dass zumindest eine der Abweichungen (ΔZ1, ΔZ2) größer als der Schwellenwert (S) ist, die gewichteten Sollwerte eingehalten werden.
  • Basierend auf der Verschiebung und dem Sollverbrennungsschwerpunkt berechnet das Steuerprogramm den Zündzeitpunkt, mit dem es die Zündvorrichtung 40 aktuiert. Basierend auf der Verschiebung berechnet es durch erneutes Ausführen des Effizienzmodells eine Änderung der Einspritzmenge an Wasserstoff, so dass die Lastanforderung auch bei dem verschobenen Verbrennungsschwerpunkt mit gegebenenfalls verringertem Verbrennungswirkungsgrad erfüllt wird. Die Änderung der Einspritzmenge an Wasserstoff verrechnet das Steuerprogramm mit der erforderlichen Einspritzmenge an Wasserstoff zu einer modifizierten Einspritzmenge an Wasserstoff.
  • Das Steuerprogramm umfasst Befehle, beim Verschieben eine Limitierung der bestimmten Verschiebung des Verbrennungsschwerpunkts zu berücksichtigen. Die Limitierung berücksichtigt eine Verbrennungsstabilität des Verbrennungsmotors. Eine sich aus der Limitierung ergebene maximale Verschiebung verwendet das Steuerprogramm, um eine Limitierung für das Luftverhältnis zu berechnen. Basierend auf der Limitierung für das Luftverhältnis und dem aktuellen Luftmassenstrom bestimmt das Steuerprogramm eine maximale Einspritzmenge an Wasserstoff.
  • Schließlich berechnet das Steuerprogramm die durch die Einspritzvorrichtung 30 in den Verbrennungsmotor 3 einzubringende Einspritzmenge basierend auf der modifizierten Einspritzmenge und der maximalen Einspritzmenge an Wasserstoff.
  • In einem alternativen Ausführungsbeispiel umfasst das Steuerprogramm zum Steuern des Luftverhältnisses S60 Befehle, den Abgasturbolader 14 so anzusteuern, dass ein durch den Verdichter 15 bereitgestellter Ladedruck angepasst wird, so dass ein gewünschtes Luftverhältnis bereitgestellt wird.
  • In einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel umfasst das Steuergerät für die dynamische Steuerung des Zündzeitpunkts und der Einspritzmenge an Wasserstoff Befehle zur dynamischen Steuerung des Einspritzzeitpunkts. So kann das Steuerprogramm einen weiteren Freiheitsgrad zum Verschieben des Verbrennungsschwerpunkts nutzen und ermöglicht somit ein vorteilhaftes Anpassen der NOx Rohemission und der Abgastemperatur für ein möglichst emissionsarmes Betreiben des Antriebsstrangs 2.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102020006451 A1 [0002]
    • DE 102020006983 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Steuergerät (1) für einen Antriebsstrang (2), umfassend einen Verbrennungsmotor (3) und ein Abgasnachbehandlungssystem (4), wobei der Verbrennungsmotor (3) als Wasserstoffmotor ausgeführt ist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (4) ein DeNOx System (5,6) umfasst und wobei das Steuergerät (1) ausgebildet und eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen: - Ermitteln eines Zustands (S10) des Abgasnachbehandlungssystems (4), - Vergleichen (S20) des ermittelten Zustands (S10) mit einem erwarteten Zustand, - Wenn das Vergleichen (S20) ergibt, dass eine Abweichung (Δz) zwischen dem ermittelten (S10) und dem erwarteten Zustand größer als ein Schwellenwert (S) ist: ◯ Bestimmen eines Sollwerts (S30) basierend auf dem ermittelten Zustand (S10) und ◯ Adaptieren (S50) einer Basiskalibrierung zum Steuern des Verbrennungsmotors (3) basierend auf dem bestimmten Sollwert (S30), und - Steuern (S60) eines Zündzeitpunkts und eines Luftverhältnisses basierend auf der Basiskalibrierung oder der adaptierten Basiskalibrierung (S50).
  2. Steuergerät (1) nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät (1) ausgebildet und eingerichtet ist, eine Einspritzmenge und/oder einen Einspritzzeitpunkt von Wasserstoff basierend auf der Basiskalibrierung oder der adaptierten Basiskalibrierung (S50) zu steuern.
  3. Steuergerät (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuergerät (1) ausgebildet und eingerichtet ist, eine Einspritzmenge von Wasserstoff basierend auf einem erforderlichen Luftverhältnis oder einer bestimmten Verschiebung eines Verbrennungsschwerpunkts zu steuern, wobei die bestimmte Verschiebung des Verbrennungsschwerpunkts von dem bestimmten Sollwert (S30) abhängt, wenn das Vergleichen (S20) ergibt, dass die Abweichung (Δz) zwischen dem ermittelten (S10) und dem erwarteten Zustand größer als der Schwellenwert (S) ist.
  4. Steuergerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der bestimmte Sollwert (S30) eine Abgastemperatur und/oder eine NOx Emission ist.
  5. Steuergerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der ermittelte (S10) und/oder der erwartete Zustand eine Konvertierungsrate, eine Temperatur und/oder eine NOx Emission sind.
  6. Steuergerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuergerät (1) ausgebildet und eingerichtet ist, basierend auf dem ermittelten Zustand (S10) zwei Sollwerte zu bestimmen.
  7. Steuergerät (1) nach Anspruch 6, wobei ein erster Sollwert eine Abgastemperatur und der zweite Sollwert eine NOx Emission ist.
  8. Steuergerät (1) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Steuergerät (1) ausgebildet und eingerichtet ist, ein Gewichten (S40) zwischen dem ersten und dem zweiten Sollwert durchzuführen und das Adaptieren (S50) der Basiskalibrierung zum Steuern des Verbrennungsmotors (3) basierend auf den gewichteten Sollwerten (S40) durchzuführen.
  9. Steuergerät (1) nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät (1) ausgebildet und eingerichtet ist, das Gewichten (S40) basierend auf einem Zustand des Verbrennungsmotors (3), dem ermittelten Zustand (S10) des Abgasnachbehandlungssystems (4) und/oder dem erwarteten Zustand des Abgasnachbehandlungssystems (4) durchzuführen.
  10. Steuergerät (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuergerät (1) ausgebildet und eingerichtet ist, eine Limitierung des bestimmten Sollwerts (S30) zu berücksichtigen.
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