DE102022211614B3 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2), eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (14) zum Messen einer einen Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibenden Messgröße verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass nach dem Wechsel zwischen einem unterstöchiometrischen Betrieb und einem überstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats (2) ein Gradient der mittels der Lambdasonde (14) gemessenen Messgröße über der Zeit während eines auf den Wechsel folgenden Zeitfensters ermittelt und anhand des Gradienten ein Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) bestimmt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Messen einer einen Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibenden Messgröße verfügt, wobei nach einem Wechsel zwischen einem unterstöchiometrischen Betrieb und einem überstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats ein Gradient der mittels der Lambdasonde gemessenen Messgröße über der Zeit während eines auf den Wechsel folgenden Zeitfensters ermittelt und anhand des Gradienten ein Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmt wird, wobei die Länge des Zeitfensters in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats bestimmt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
  • Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2019 127 243 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einer in Strömungsrichtung vor der Abgasreinigungsanlage angeordneten ersten Abgassonde und einer hinter der Abgasreinigungsanlage angeordneten zweiten Abgassonde, aufweisend die folgenden Schritte: Ermitteln einer ersten Größe, die einen Betrag einer zeitlichen Änderung eines Ausgangssignals der zweiten Abgassonde charakterisiert, Ermitteln, ob die erste Größe einen vorgebbaren ersten Schwellenwert unterschreitet und danach wieder überschreitet, Ermitteln einer Zeitdauer, für die die erste Größe den vorgebbaren ersten Schwellenwert unterschritten hat.
  • Die Druckschrift DE 10 2013 203 495 A1 betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Stickoxid-Speicherkatalysators im Abgaskanal einer zumindest zeitweise mager betriebenen Brennkraftmaschine, wobei während eines Magerbetriebs der Brennkraftmaschine Stickoxide aus dem Abgas von dem Stickoxid-Speicherkatalysator gespeichert werden, wobei während einer Regenerationsphase des Stickoxid-Speicherkatalysators die Brennkraftmaschine fett betrieben und dadurch die in dem Stickoxid-Speicherkatalysators gespeicherten Stickoxide entfernt werden und wobei eine für den Verlauf der Regeneration charakteristische Abgaskomponente oder Abgaskenngröße während der Regenerationsphase mittels einer Abgassonde erfasst wird. Dabei ist vorgesehen, dass mit einer Änderung eines zeitlich veränderbaren Lambdaverlaufs vor dem Stickoxid-Speicherkatalysator im Bereich λ < 1 Änderungen in einem Lambda-Gradientenverlauf nach dem Stickoxid-Speicherkatalysator oder daraus abgeleiteter Größen als Merkmal zur Überwachung des Stickoxid-Speicherkatalysators ausgewertet und anhand dieser Werte eine Diagnose der Speicherfähigkeit für Stickoxide des Stickoxid-Speicherkatalysators durchgeführt wird.
  • Aus dem Stand der Technik sind weiterhin die Druckschriften DE 10 2005 002 237 A1 und JP 2004- 204 809 A sowie die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2022 129 061 A1 bekannt.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine zuverlässige Beurteilung eines Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglicht.
  • Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Länge des Zeitfensters derart gewählt wird, dass der Gradient der Messgröße kleiner ist als ein Schwellenwert, wobei der Gradient mit einem Vorgabewert verglichen und bei einem Überschreiten des Vorgabewerts durch den Gradienten auf einen Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung erkannt wird.
  • Grundsätzlich ist vorgesehen, dass nach einem Wechsel zwischen einem unterstöchiometrischen Betrieb und einem überstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats ein Gradient der mittels der Lambdasonde gemessenen Messgröße über der Zeit während eines auf den Wechsel folgenden Zeitfensters ermittelt und anhand des Gradienten ein Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmt wird.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Beschreibung erläuterten Ausführungsbeispiele nicht beschränkend sind; vielmehr sind beliebige Variationen der in der Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Figuren offenbarten Merkmale realisierbar.
  • Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments weist die Antriebseinrichtung das Antriebsaggregat auf. Dem Antriebsaggregat wird während eines Betriebs der Antriebseinrichtung zumindest zeitweise Kraftstoff und Frischgas zugeführt, wobei das Frischgas zumindest zeitweise Frischluft enthält. Zusätzlich kann das Frischgas Abgas aufweisen, sofern eine Abgasrückführung realisiert ist, bei welcher das von dem Antriebsaggregat erzeugte Abgas zumindest teilweise wieder in das Antriebsaggregat zurückgeführt wird, nämlich als Bestandteil des Frischgases. Der Kraftstoff und das Frischgas, die dem Antriebsaggregat zugeführt werden, bilden ein Kraftstoff-Frischgas-Gemisch mit einer bestimmten Zusammensetzung, das in dem Antriebsaggregat zur Reaktion gebracht wird.
  • Während des Betriebs des Antriebsaggregats fällt aufgrund der chemischen Reaktion von Kraftstoff und Frischgas miteinander Abgas an, welches in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs abgeführt wird. Da in dem von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgas Schadstoffe enthalten sind, wird das Abgas vor dem Entlassen in die Außenumgebung zunächst der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt. In der Abgasnachbehandlungseinrichtung werden die Schadstoffe zumindest teilweise in ungefährlichere Produkte umgesetzt. Erst nach dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird das Abgas in die Außenumgebung abgeführt.
  • Die Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt beispielsweise als Fahrzeugkatalysator vor, insbesondere als Drei-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, NOx-Speicherkatalysator oder als SCR-Katalysator. Sie kann jedoch auch als Partikelfilter, insbesondere als Otto-Partikelfilter oder als Diesel-Partikelfilter ausgestaltet sein, bevorzugt mit integriertem Fahrzeugkatalysator, beispielsweise mit einer katalytischen Beschichtung. Eine Umwandlungsrate und damit die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, mit welcher die Schadstoffe in die ungefährlicheren Produkte umgesetzt werden, hängen insbesondere von der Zusammensetzung des der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführten Abgases und/oder von einer Sauerstoffbeladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ab, welche wiederum in Zusammenhang mit der Zusammensetzung des Abgases steht. Zusätzlich beeinflusst ein Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung die Umwandlungsrate. Unter dem Zustand ist insbesondere ein Alterungszustand zu verstehen, der über die Lebensdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung hinweg stetig schlechter wird.
  • Der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung kann beispielsweise ermittelt werden, indem zunächst die Sauerstoffspeicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmt wird. Aus dieser kann der Zustand abgeleitet werden. Vorzugsweise wird auf einen Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung erkannt, sobald die Sauerstoffspeicherkapazität einen Kapazitätsschwellenwert unterschreitet. Anhand der Sauerstoffspeicherkapazität kann jedoch der Zustand allenfalls abgeschätzt werden. Folglich kann es zu einer fehlerhaften Erkennen auf den Defekt kommen, was wiederum zu einem Werkstattbesuch und den damit zusammenhängenden Kosten führt.
  • Vor allem ist der anhand der Sauerstoffspeicherkapazität ermittelte Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung nur eingeschränkt dazu geeignet, zwischen einer fabrikneuen Abgasnachbehandlungseinrichtung, einer grundsätzlich noch funktionsfähigen Abgasnachbehandlungseinrichtung am Ende ihrer Lebensdauer und einer defekten Abgasnachbehandlungseinrichtung zu unterscheiden.
  • Aus diesem Grund soll der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung aus dem Gradienten der Messgröße über der Zeit bestimmt werden. Hierzu wird die Messgröße mittels der Lambdasonde während des Zeitfensters gemessen und ausgewertet, um den Gradienten zu ermitteln. Die Messgröße beschreibt den stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beziehungsweise den Restsauerstoffgehalt in dem stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Abgas. Das Zeitfenster folgt auf den Wechsel zwischen dem unterstöchiometrischen Betrieb und dem überstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats. Hierunter ist zu verstehen, dass das Antriebsaggregat zunächst mit einer unterstöchiometrischen Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas Gemischs betrieben wird und anschließend auf die überstöchiometrische Zusammensetzung umgeschaltet wird oder umgekehrt.
  • Der Wechsel zwischen dem unterstöchiometrischen Betrieb und dem überstöchiometrischen Betrieb schließt also sowohl ein Umschalten von dem unterstöchiometrischen Betrieb auf den überstöchiometrischen Betrieb als auch ein Umschalten von dem überstöchiometrischen Betrieb auf den unterstöchiometrischen Betrieb ein. Von Bedeutung ist lediglich, dass vor dem Wechsel das Verbrennungsluftverhältnis einerseits von λ = 1 und nach dem Wechsel andererseits von λ = 1 vorliegt. Anders ausgedrückt soll also vor dem Wechsel λ < 1 und nach dem Wechsel λ > 1 oder vor dem Wechsel λ > 1 und nach dem Wechsel λ < 1 gelten. Beide Varianten eignen sich zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass die den Restsauerstoffgehalt des Abgases beschreibenden Messgröße nach einem solchen Wechsel eine recht genaue Aussage über den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung zulässt. Dies gilt in besonderem Maße für den Gradient der Messgröße während des auf den Wechsel folgenden Zeitfensters.
  • Vorzugsweise wird der Gradient ausschließlich während des Zeitfensters beziehungsweise für während des Zeitfensters gemessene Werte der Messgröße ermittelt, also weder vor einem Anfang des Zeitfensters noch nach einem Ende des Zeitfensters. Durch geschickte Wahl des Zeitfensters lässt sich die Genauigkeit der Beurteilung des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung anhand des Gradienten erhöhen. Soweit im Rahmen dieser Beschreibung von dem Gradienten gesprochen wird, so ist bevorzugt ein Absolutwert des Gradienten gemeint, also ein vorzeichenbereinigter Wert. Das Vorzeichen des Gradienten ist also unabhängig davon, ob sich die Messgröße vergrößert oder verkleinert.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine erste Lambdasonde zum Messen eines ersten Restsauerstoffgehalts in dem Abgas vorliegt und die Lambdasonde als zweite Lambdasonde zum Messen des als zweiten Restsauerstoffgehalt vorliegenden Restsauerstoffgehalts verwendet wird, wobei anhand des ersten Restsauerstoffgehalts und des zweiten Restsauerstoffgehalts eine Lambdaregelung des Antriebsaggregats durchgeführt wird. Die Antriebseinrichtung verfügt also über mehrere Lambdasonden, nämlich zumindest die erste Lambdasonde und die zweite Lambdasonde. Die erste Lambdasonde ist stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, die zweite Lambdasonde - wie bereits erläutert - stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
  • Entsprechend dient die erste Lambdasonde dem Messen des ersten Restsauerstoffgehalts in dem stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegen Abgas und die zweite Lambdasonde zum Messen des zweiten Restsauerstoffgehalts des stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Abgases. Der erste Restsauerstoffgehalt und der zweite Restsauerstoffgehalt oder aus ihnen ermittelte Verbrennungsluftverhältnisse werden vorzugsweise zum Durchführen der Lambdaregelung des Antriebsaggregats herangezogen. Diese dient dazu, die Zusammensetzung des dem Antriebsaggregat zugeführten Kraftstoff-Frischgas-Gemischs auf einen Vorgabewert einzustellen beziehungsweise zu regeln.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Ermitteln des Gradienten nach einem Verstreichen einer sich an den Wechsel anschließenden Gaslaufzeit erfolgt. Der Gradient wird also nicht unmittelbar nach dem Wechsel bestimmt, sondern erst nach dem Verstreichen der Gaslaufzeit. In anderen Worten ist das Zeitfenster, während welchem der Gradient aus der gemessenen Messgröße ermittelt wird, um die Gaslaufzeit von dem Wechsel zeitlich beabstandet beziehungsweise das Zeitfenster liegt zeitlich um die Gaslaufzeit versetzt nach dem Wechsel vor. Beispielsweise beginnt die Gaslaufzeit unmittelbar bei dem Wechsel. Das Zeitfenster schließt sich unmittelbar an die Gaslaufzeit, beginnt also unmittelbar an einem Ende der Gaslaufzeit. Die Gaslaufzeit beschreibt diejenige Zeitspanne, welche von dem Abgas benötigt wird, um von dem Antriebsaggregat zu der Lambdasonde zu gelangen. Erst nach dem Verstreichen der Gaslaufzeit tritt insoweit eine durch den Wechsel bewirkte Veränderung der Messgröße und damit des Gradienten ein. Mit der beschriebenen Vorgehensweise kann die Genauigkeit der Ermittlung des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung verbessert werden.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Zeitfenster derart gewählt wird, dass es sich lediglich über einen Teil einer von dem Wechsel bewirkten Änderung der Messgröße erstreckt. Nach dem Wechsel zwischen dem unterstöchiometrischen Betrieb und dem überstöchiometrischen Betrieb, also von einem ersten Verbrennungsluftverhältnis auf ein zweites Verbrennungsluftverhältnis, dauert es einige Zeit, bis die Messgröße des Abgases stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung einem Wert entspricht, welcher, zumindest bei stationärem oder quasi-stationärem Betrieb des Antriebsaggregats mit dem zweiten Verbrennungsluftverhältnis, einer von dem zweiten Verbrennungsluftverhältnis bewirkten Wert der Messgröße entspricht.
  • Wird beispielsweise der Wechsel in einem ersten Zeitpunkt vorgenommen, so weist erst in einem zweiten Zeitpunkt die stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung gemessenen Messgröße einen Wert auf, welcher dem zweiten Verbrennungsluftverhältnis entspricht beziehungsweise von diesem bewirkt ist, insbesondere bei stationärem Betrieb des Antriebsaggregats mit dem zweiten Verbrennungsluftverhältnis. Die Änderung der mittels der Lambdasonde gemessenen Messgröße beziehungsweise ihres Werts erfolgt zwischen dem ersten Zeitpunkt und dem zweiten Zeitpunkt. Ab dem zweiten Zeitpunkt bleibt der Messwert bei gleichbleibendem Verbrennungsluftverhältnis konstant.
  • Das Zeitfenster ist zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Zustandsermittlung derart gewählt, dass es lediglich einen Teil der Änderung der Messgröße umfasst. Das Zeitfenster erstreckt sich also nicht bis hin zu dem zweiten Zeitpunkt, sondern endet vor diesem. Insbesondere liegt also der Anfang des Zeitfensters um die Gaslaufzeit nach dem ersten Zeitpunkt, wohingegen ein Ende des Zeitfensters vor dem zweiten Zeitpunkt liegt. Beispielsweise beträgt die Länge des Zeitfensters höchstens 30 %, höchstens 20 % oder höchstens 10 % des zeitlichen Abstands zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem ersten Zeitpunkt. Hierdurch wird eine besonders hohe Genauigkeit erzielt.
  • Die Erfindung sieht vor, dass die Länge des Zeitfensters in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats bestimmt wird. Der Betriebspunkt umfasst wenigstens eine der nachfolgend genannten Größen: Drehzahl des Antriebsaggregats, Drehmoments des Antriebsaggregats, Kraftstoffdurchsatz, Luftdurchsatz und Abgasdurchsatz. Unter einem Durchsatz ist hierbei eine Menge pro Zeiteinheit zu verstehen, beispielsweise also ein Massenstrom oder ein Volumenstrom. Vorzugsweise wird also die Länge des Zeitfensters aus der Drehzahl und/oder dem Drehmoment einerseits sowie einem der genannten Durchsätze, beispielsweise dem Abgasdurchsatz, andererseits ermittelt. Insbesondere beträgt die Länge des Zeitfensters höchstens 0,7 Sekunden, höchstens 0,6 Sekunden oder höchstens 0,5 Sekunden. Bevorzugt ist sie jedoch kürzer und beträgt beispielsweise höchstens 0,4 Sekunden, höchstens 0,3 Sekunden oder höchstens 0,2 Sekunden. Eine solche geringe Länge des Zeitfensters führt überraschenderweise zu einer hohen Genauigkeit der Zustandsbestimmung.
  • Die Erfindung sieht vor, dass die Länge des Zeitfensters derart gewählt wird, dass der Gradient der Messgröße kleiner ist als ein Schwellenwert. Insbesondere ist es also vorgesehen, dass die Messgröße während des Zeitfensters durchgehend oder periodisch gemessen und der Gradient während des Zeitfensters durchgehend oder periodisch aus der Messgröße beziehungsweise dem aktuellen Wert der Messgröße bestimmt wird. Dies wird vorgenommen, solange der Gradient der Messgröße kleiner ist als der Schwellenwert. Erreicht oder übersteigt der Gradient den Schwellenwert, so wird auf das Ende des Zeitfensters erkannt und das Ermitteln beziehungsweise Auswerten des Gradienten wird eingestellt.
  • Besonders bevorzugt wird die Länge des Zeitfensters von vornherein derart bestimmt, dass die genannte Bedingung erfüllt ist, ohne tatsächlich den Gradienten mit dem Schwellenwert zu vergleichen. Hierzu kommt beispielsweise die bereits beschriebene Vorgehensweise zum Einsatz, gemäß welcher die Länge des Zeitfensters in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt des Antriebsaggregats bestimmt wird. Dieses Bestimmen erfolgt nun derart, dass die genannte Bedingung erfüllt ist, insbesondere also sichergestellt ist, dass der Gradient der Messgröße kleiner ist als der Schwellenwert.
  • Nach dem Wechsel zwischen dem unterstöchiometrischen Betrieb und dem überstöchiometrischen Betrieb verändert sich die Messgröße zunächst nur mit einem kleinen Gradient, bevor die Änderung ausgeprägter und damit der Gradient größer werden. Der kleinere Gradient tritt insbesondere nach dem Verstreichen der Gaslaufzeit auf. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass der anfängliche kleinere Gradient den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung besser beschreibt als der nachfolgende größere Gradient. Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist insoweit eine genaue Zustandsermittlung möglich.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der unterstöchiometrische Betrieb des Antriebsaggregats mit einem Verbrennungsluftverhältnis von höchstens 0,94, höchstens 0,92 oder höchstens 0,90 durchgeführt wird. In dem unterstöchiometrischen Betrieb liegt bezogen auf eine stöchiometrische Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemisch Kraftstoffüberschuss beziehungsweise Luftmangel vor. Wie sich anhand der genannten Werte für das Verbrennungsluftverhältnis erkennen lässt, ist der Kraftstoffüberschuss deutlich ausgeprägt. Hierdurch ist die Zustandsermittlung mit hoher Genauigkeit möglich.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der überstöchiometrische Betrieb des Antriebsaggregats mit einem Verbrennungsluftverhältnis von mindestens 1,04, mindestens 1,06 oder mindestens 1,08 durchgeführt wird. In dem überstöchiometrischen Betrieb liegt - wiederum bezogen auf eine stöchiometrische Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs - Kraftstoffmangel beziehungsweise Luftüberschuss vor. Wiederum ist dieser deutlich ausgeprägt, wie sich an den genannten Werten für das Verbrennungsluftverhältnis zeigt. Erneut dient dies der Realisierung einer hohen Genauigkeit bei der Zustandserkennung.
  • Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der unterstöchiometrische Betrieb des Antriebsaggregats mit einem Verbrennungsluftverhältnis von höchstens 0,92 oder höchstens 0,90 und der überstöchiometrische Betrieb mit ein Verbrennungsluftverhältnis von mindestens 1,06 oder mindestens 1,08 vorgenommen wird. Der Wechsel zwischen dem unterstöchiometrischen Betrieb und dem überstöchiometrischen Betrieb erfolgt zudem durch einen Lambdasprungs, also einen sprunghaften Wechsel von dem ersten Verbrennungsluftverhältnis auf das zweite Verbrennungsluftverhältnis.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wechsel zwischen dem unterstöchiometrischen Betrieb und dem überstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats durch ein sprunghaftes Ändern des Verbrennungsluftverhältnisses vorgenommen wird. Anders ausgedrückt wird bei dem Wechsel innerhalb kurzer Zeit, bevorzugt soweit technisch möglich instantan, von dem ersten Verbrennungsluftverhältnis auf das zweite Verbrennungsluftverhältnis umgeschaltet. Bevorzugt kommen hierbei die vorstehend genannten Werte des Verbrennungsluftverhältnisses für den unterstöchiometrischen Betrieb und den überstöchiometrischen Betrieb zum Einsatz. Aufgrund der plötzlichen Änderung des Verbrennungsluftverhältnisses wird eine Sprungantwort der Messgröße provoziert, anhand welcher die Zustandserkennung der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit hoher Genauigkeit vorgenommen werden kann.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verbrennungsluftverhältnis nach seinem Ändern zumindest bis zum Ende des Zeitfensters konstant gehalten wird. Das Verbrennungsluftverhältnis wird bei dem Wechsel von dem ersten Verbrennungsluftverhältnis auf das zweite Verbrennungsluftverhältnis umgeschaltet. Das zweite Verbrennungsluftverhältnis wird nachfolgend durchgehend zum Betreiben des Antriebsaggregats herangezogen, nämlich zumindest bis zum Ende des Zeitfensters. Durch die hierdurch hervorgerufenen Sprungantwort der Messgröße ist die genaue Zustandsbeurteilung der Abgasnachbehandlungseinrichtung umgesetzt.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung aus dem über das Zeitfenster maximalen Gradienten, dem über das Zeitfenster minimalen Gradienten oder dem über das Zeitfenster gemittelten Gradienten bestimmt wird. Der aus der Messgröße ermittelte Gradient wird während des Zeitfensters ausgewertet, insbesondere über das gesamte Zeitfenster hinweg. Beispielsweise wird der Maximalwert des Gradienten während des Zeitfensters oder über das gesamte Zeitfenster hinweg bestimmt und dem Bestimmen des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu Grunde gelegt. Alternativ kommt der während des Zeitfensters auftretende Minimalwert des Gradienten zum Einsatz. Ebenso ist es alternativ möglich, den Gradienten während des Zeitfensters oder über das gesamte Zeitfenster hinweg zu mitteln und aus dem sich hieraus ergebenden Mittelwert des Gradienten den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu bestimmen. In jedem Fall wird eine hohe Genauigkeit erzielt.
  • Die Erfindung sieht vor, dass der Gradient mit einem Vorgabewert verglichen wird, wobei bei einem Überschreiten des Vorgabewerts durch den Gradienten auf einen Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung erkannt wird. Je größer der Gradient nach dem Wechsel ist, umso schlechter ist der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Überschreitet daher der Gradient den Vorgabewert, so wird auf den Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung erkannt, vorzugsweise nur dann. Umgekehrt gilt also insbesondere, dass auf eine Funktionsfähigkeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung erkannt wird, falls oder solange der Gradient kleiner ist als der Vorgabewert. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht die Bestimmung des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit hoher Genauigkeit.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Vorgabewert in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt des Antriebsaggregats bestimmt wird. Der Betriebspunkt ist gemäß den vorstehenden Aussagen definiert. Beispielsweise wird der Vorgabewert in Abhängigkeit von einem der Durchsätze, insbesondere in Abhängigkeit von dem Abgasdurchsatz, ermittelt. Hierbei gilt, dass der Vorgabewert umso größer ist, je größer der Durchsatz ist. Auch dies dient der Erhöhung der Genauigkeit der Zustandsermittlung.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gradient als erster Gradient bei einem ersten Wechsel von dem unterstöchiometrischen Betrieb zu dem überstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats und zusätzlich ein zweiter Gradient bei einem zweiten Wechsel von dem überstöchiometrischen Betrieb zu dem unterstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats ermittelt wird, wobei der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung anhand sowohl des ersten Gradienten als auch des zweiten Gradienten bestimmt wird. Es erfolgt also nicht nur lediglich ein Wechsel zwischen dem unterstöchiometrischen Betrieb und dem überstöchiometrischen Betrieb, sondern vielmehr mehrere aufeinanderfolgende Wechsel, vorzugsweise mindestens zwei Wechsel.
  • Einer der Wechsel, nämlich der erste Wechsel, wird von dem unterstöchiometrischen Betrieb zu dem überstöchiometrischen Betrieb vorgenommen, ein weiterer der Wechsel, nämlich der zweite Wechsel, von dem überstöchiometrischen Betrieb zu dem unterstöchiometrischen Betrieb. Für jeden der Wechsel wird auf die im Rahmen dieser Beschreibung erläuterte Vorgehensweise vorgegangen und der Gradient ermittelt, sodass nachfolgend zumindest der erste Gradient und der zweite Gradient vorliegen. Beide Gradienten werden anschließend zum Ermitteln des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung herangezogen. Hieraus resultiert eine besonders hohe Genauigkeit.
  • Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass anhand der Messgröße eine Sauerstoffspeicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt wird, die zusätzlich zu dem Gradienten bei dem Bestimmen des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung berücksichtigt wird. Beispielsweise wird die Sauerstoffspeicherkapazität aus dem ersten Restsauerstoffgehalt und dem zweiten Restsauerstoffgehalt, also den Messwerte der ersten Lambdasonde und der zweiten Lambdasonde, bestimmt. Die Sauerstoffspeicherkapazität fließt in Ergänzung zu dem Gradienten in den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung ein. Anders ausgedrückt ergibt sich der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung als Funktion aus der Sauerstoffspeicherkapazität und wenigstens einem Gradienten, vorzugsweise sowohl dem ersten Gradienten als auch dem zweiten Gradienten. Dies führt zu einer besonders hohen Genauigkeit bei der Zustandsermittlung.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Antriebseinrichtung über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Messen einer einen Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibenden Messgröße verfügt. Dabei ist die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet, nach einem Wechsel zwischen einem unterstöchiometrischen Betrieb und einem überstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats einen Gradienten der mittels der Lambdasonde gemessenen Messgröße über der Zeit während eines auf den Wechsel folgenden Zeitfensters zu ermitteln und anhand des Gradienten einen Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu bestimmen, wobei die Länge des Zeitfensters in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats bestimmt wird. Die Antriebseinrichtung ist weiterhin dazu vorgesehen und ausgestaltet, die Länge des Zeitfensters derart zu wählen, dass der Gradient der Messgröße kleiner ist als ein Schwellenwert, wobei der Gradient mit einem Vorgabewert verglichen und bei einem Überschreiten des Vorgabewerts durch den Gradienten auf einen Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung erkannt 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 im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
  • Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, sowie
    • 2 ein Diagramm mit mehreren Verläufen über der Zeit.
  • Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, die über ein Antriebsaggregat 2, welches hier in Form einer Brennkraftmaschine vorliegt, sowie einen Abgastrakt 3 verfügt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Antriebsaggregat 2 mehrere Zylinder mit jeweils einem Brennraum 4 auf. Jeder der Zylinder verfügt über wenigstens ein Einlassventil 5 und wenigstens ein Auslassventil 6. Über jedes der Einlassventile 5 kann dem jeweiligen Zylinder Frischgas aus einem Frischgastrakt 7 zugeführt werden, wohingegen durch jedes der Auslassventile 6 Abgas aus dem entsprechenden Zylinder 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 Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 vor. Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 mündet der Abgastrakt 3, beispielsweise über ein Endrohr, in eine Außenumgebung der Antriebseinrichtung 1 ein. Es sei darauf hingewiesen, dass der Abgasturbolader 9 rein optional ist. Er kann entsprechend auch entfallen.
  • Stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 liegt eine Lambdasonde 13 vor, um an dieser Stelle den Restsauerstoffgehalt und entsprechend ein erstes Verbrennungsluftverhältnis des Abgases zu bestimmen. Analog hierzu dient eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 angeordnete Lambdasonde 14 dem Bestimmen des Restsauerstoffgehalts und folglich eines zweiten Verbrennungsluftverhältnisses des Abgases nach der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12.
  • Während des Betreibens der Antriebseinrichtung 1 ist es vorgesehen, dem Antriebsaggregat zunächst ein Kraftstoff-Frischgas-Gemisch mit einem ersten Verbrennungsluftverhältnis zuzuführen und nachfolgend auf ein zweites Verbrennungsluftverhältnis zu wechseln, welches von dem ersten Verbrennungsluftverhältnis verschieden ist. Bei dem ersten Verbrennungsluftverhältnis liegt beispielsweise ein unterstöchiometrischer Betrieb und bei dem zweiten Verbandsluftverhältnis ein überstöchiometrischer Betrieb des Antriebsaggregats vor oder umgekehrt. Nach dem Wechsel wird mittels der Lambdasonde 14 der Restsauerstoffgehalt in dem Abgas gemessen und der Gradient dieses Restsauerstoffgehalts bestimmt. Aus dem Gradient wird nachfolgend auf den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 geschlossen. Insbesondere wird auf einen Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 erkannt, sollte der Gradient einen Vorgabewert überschreiten. Hierdurch kann mit hoher Genauigkeit auf den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 geschlossen werden.
  • Die 2 zeigt ein Diagramm, in welchem Verläufe 15, 16 und 17 über der Zeit aufgetragen sind. Der Verlauf 15 zeigt die Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs, welches zum Betreiben des Antriebsaggregats 2 verwendet wird, nämlich in Form des Verbrennungsluftverhältnisses. Der Verlauf 16 zeigt die mittels der zweiten Lambdasonde 14 gemessene Messgröße für eine defekte Abgasnachbehandlungseinrichtung 12, der Verlauf 17 hingegen für eine ordnungsgemäß funktionierende Abgasnachbehandlungseinrichtung 12. Es ist erkennbar, dass in einem Zeitpunkt t0 ein Wechsel von einem unterstöchiometrischen Betrieb auf einen überstöchiometrischen Betrieb vorgenommen wird, wobei sich das Verbrennungsluftverhältnis von 0,90 auf 1,08 ändert.
  • Nach einer bestimmten Gaslaufzeit beginnen die Verläufe 16 und 17 sich an das veränderte Verbrennungsluftverhältnis anzupassen, nämlich mit einem bestimmten Gradienten. Es ist deutlich zu erkennen, dass der Gradient für den Verlauf 16 größer ist als für den Verlauf 17. Es ist weiterhin zu erkennen, dass der Gradient für beide Verläufe 16 und 17 zunächst kleiner ist und sich nachfolgend deutlich vergrößert. Der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 wird anhand des kleineren Gradienten beurteilt, also während eines Zeitfensters zwischen einem Zeitpunkt t1 und einem Zeitpunkt t2.
  • BEZUGSZEICHENLISTE:
    • 1
    Antriebseinrichtung
    2
    Antriebsaggregat
    3
    Abgastrakt
    4
    Brennraum
    5
    Einlassventil
    6
    Auslassventil
    7
    Frischgastrakt
    8
    Verdichter
    9
    Abgasturbolader
    10
    Turbine
    11
    Abgasleitung
    12
    Abgasnachbehandlungseinrichtung
    13
    erste Lambdasonde
    14
    zweite Lambdasonde
    15
    Verlauf
    16
    Verlauf
    17
    Verlauf

Claims (7)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2), eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (14) zum Messen einer einen Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibenden Messgröße verfügt, wobei nach dem Wechsel zwischen einem unterstöchiometrischen Betrieb und einem überstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats (2) ein Gradient der mittels der Lambdasonde (14) gemessenen Messgröße über der Zeit während eines auf den Wechsel folgenden Zeitfensters ermittelt und anhand des Gradienten ein Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) bestimmt wird, wobei die Länge des Zeitfensters in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats (2) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des Zeitfensters derart gewählt wird, dass der Gradient der Messgröße kleiner ist als ein Schwellenwert, wobei der Gradient mit einem Vorgabewert verglichen und bei einem Überschreiten des Vorgabewerts durch den Gradienten auf einen Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) erkannt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der unterstöchiometrische Betrieb des Antriebsaggregats (2) mit einer Verbrennungsluftverhältnis von höchstens 0,94, höchstens 0,92 oder höchstens 0,90 durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der überstöchiometrische Betrieb des Antriebsaggregats (2) mit einem Verbrennungsluftverhältnis von mindestens 1,04, mindestens 1,06 oder mindestens 1,08 durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel zwischen dem unterstöchiometrischen Betrieb und dem überstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats (2) durch ein sprunghaftes Ändern des Verbrennungsluftverhältnisses vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbrennungsluftverhältnis nach seinem Ändern zumindest bis zum Ende des Zeitfensters konstant gehalten wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorgabewert in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt des Antriebsaggregats (2) bestimmt wird.
  7. Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung (1) über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2), eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (14) zum Messen einer einen Restsauerstoffgehalt in dem Abgas beschreibenden Messgröße verfügt, wobei die Antriebsrichtung (1) dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, nach einem Wechsel zwischen einem unterstöchiometrischen Betrieb und einem überstöchiometrischen Betrieb des Antriebsaggregats (2) einen Gradienten der mittels der Lambdasonde (14) gemessenen Messgröße über der Zeit während eines auf den Wechsel folgenden Zeitfensters zu ermitteln und anhand des Gradienten einen Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) zu bestimmen, wobei die Länge des Zeitfensters in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats (2) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsrichtung (1) weiterhin dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, die Länge des Zeitfensters derart zu wählen, dass der Gradient der Messgröße kleiner ist als ein Schwellenwert, wobei der Gradient mit einem Vorgabewert verglichen und bei einem Überschreiten des Vorgabewerts durch den Gradienten auf einen Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) erkannt wird.
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