DE102023203306B3

DE102023203306B3 - Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung

Info

Publication number: DE102023203306B3
Application number: DE102023203306.2A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2023-04-12
Filing date: 2023-04-12
Publication date: 2024-03-14
Anticipated expiration: 2043-04-13
Also published as: WO2024213515A1

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 stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (13) zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt, wobei eine Konzentration wenigstens eines Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) mittels eines die Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) beschreibenden Rechenmodells unter Verwendung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt wird. Dabei ist vorgesehen, dass ein Zeitversatz des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt und wenigstens eine Eingangsgröße des Rechenmodells diesem um den Zeitversatz verzögert zugeführt 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 stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt, wobei eine Konzentration wenigstens eines Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels eines die Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibenden Rechenmodells unter Verwendung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Antriebseinrichtung.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2021 126 386 B3 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass eine zum Ansteuern des Antriebsaggregats verwendete Konzentration wenigstens einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Abgaskomponente ermittelt wird, indem ein für ein festes Verbrennungsverhältnis hinterlegter Konzentrationswert der Konzentration unabhängig von einem mittels der Lambdasonde gemessenen Verbrennungsluftverhältnis ausgelesen und mittels des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses korrigiert wird.
Weiterhin ist aus dem Stand der Technik die Druckschrift DE 10 2008 038 678 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schätzen einer Emission mindestens einer Abgaskomponente. Ein Abgassensorsignal eines Abgassensors wird erfasst, der in einem Abgasstrang stromabwärts mindestens eines ersten Katalysatorvolumens und stromaufwärts mindestens eines zweiten Katalysatorvolumens angeordnet ist. Ein Schätzwert einer Zwischenemission für eine Position des Abgassensors wird ermittelt abhängig von dem Abgassensorsignal. Ein Schätzwert einer Emission stromabwärts des mindestens einen zweiten Katalysatorvolumens wird ermittelt abhängig von dem Schätzwert der Zwischenemission und abhängig von mindestens einer vorgegebenen Korrekturkennlinie oder mindestens einem vorgegebenen Korrekturkennfeld zum Korrigieren des Schätzwerts der Zwischenemission in Bezug auf einen Einfluss des mindestens einen zweiten Katalysatorvolumens auf die Emission der mindestens einen Abgaskomponente.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere auch in einem instationären Betriebszustand der Antriebseinrichtung, beispielsweise während eines Übergangs zwischen zwei verschiedenen Betriebspunkten des Antriebsaggregats, geringe Schadstoffemissionen der Antriebseinrichtung sicherstellt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass ein Zeitversatz des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt und wenigstens eine Eingangsgröße des Rechenmodells diesem um den Zeitversatz verzögert zugeführt 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. Das Antriebsaggregat liegt vorzugsweise als Brennkraftmaschine vor. Dem Antriebsaggregat werden 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 NO_x-Speicherkatalysator oder als SCR-Katalysator. Sie kann jedoch auch als Partikelfilter, insbesondere als Otto-Partikelfilter oder als Diesel-Partikelfilter ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist der Fahrzeugkatalysator in den Partikelfilter integriert. Hierzu ist zum Beispiel der Partikelfilter mit einer katalytischen Beschichtung versehen. 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.
Es ist insoweit von Bedeutung, die Zusammensetzung des von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgases zu ermitteln, insbesondere um auf die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu schließen. Hierzu wird das Rechenmodell verwendet, welches die Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibt. Vorzugsweise wird dem Rechenmodell eine Konzentration wenigstens einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Abgaskomponente zugeführt. Das Rechenmodell berechnet aus der Konzentration die Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs in dem Abgas stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung, nämlich unter Verwendung des Verbrennungsluftverhältnisses, welches mithilfe der Lambdasonde stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt wird. Der Schadstoff kann dabei der Abgaskomponente entsprechen, jedoch auch von dieser verschieden sein.
Überschreitet die berechnete Konzentration einen Schwellenwert, so wird beispielsweise ein Fehlersignal erzeugt oder das Antriebsaggregat gestoppt, insbesondere durch ein Unterbrechen einer Kraftstoffzufuhr in das Antriebsaggregat. Somit dient die Konzentration der Abgaskomponente, zumindest indirekt, zum Ansteuern des Antriebsaggregats. Auch ist es von Bedeutung, die Konzentration mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, um ein Austreten des Schadstoffs in die Außenumgebung zuverlässig erkennen und gegebenenfalls unterbinden zu können. Im Rahmen dieser Beschreibung wird die Konzentration beziehungsweise werden Konzentrationen im Übrigen als Molmassenverhältnis oder als parts per million (ppm) angegeben.
Bei der Verwendung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses im Rahmen des Rechenmodells ist jedoch zu beachten, dass zum einen die Lambdasonde dem Antriebsaggregat strömungstechnisch nicht unmittelbar nachgeschaltet ist, sodass das aus dem Antriebsaggregat austretende Abgas zunächst einige Zeit benötigt, um zu der Lambdasonde zu gelangen. Zum anderen führt eine Alterung der Lambdasonde üblicherweise dazu, dass sie nur noch verzögert reagiert, wobei die Verzögerung umso stärker ausgeprägt ist, je älter die Lambdasonde ist. Das bedeutet, dass zwischen dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis und einem tatsächlich vorliegenden Verbrennungsluftverhältnis ein Zeitversatz vorliegt.
Verwendet das Rechenmodell das gemessene Verbrennungsluftverhältnis zusammen mit der von dem Verbrennungsluftverhältnis verschiedenen wenigstens einen Eingangsgröße unter der Annahme, dass die Eingangsgröße zeitlich mit dem tatsächlichen Verbrennungsluftverhältnis korrespondiert, so führt dieser Zeitversatz zu einem Fehler des Rechenmodells und entsprechend zu einer Abweichung der mithilfe des Rechenmodells ermittelten Konzentration von einer tatsächlich vorliegenden Konzentration des Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Dies gilt insbesondere, falls die Eingangsgröße für das Abgas stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder der Lambdasonde vorliegt, also strömungstechnisch beabstandet von dieser.
Aus diesem Grund ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, den Zeitversatz des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses gegenüber dem tatsächlichen Verbrennungsluftverhältnis zu ermitteln und bei dem Bestimmen der Konzentration des Schadstoffs unter Verwendung des Rechenmodells zu berücksichtigen. Hierzu wird die wenigstens eine Eingangsgröße des Rechenmodells ebenfalls verzögert, also dem Rechenmodell um den Zeitversatz verzögert zugeführt. Der ermittelte Zeitversatz entspricht idealerweise dem Zeitversatz zwischen dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis und dem tatsächlichen Verbrennungsluftverhältnis, sodass durch das verzögerte Zuführen der Eingangsgröße in das Rechenmodell dieser Zeitversatz ausgeglichen wird und entsprechend eine zeitliche Übereinstimmung zwischen dem gemessenen Verbrennungsverhältnis und der wenigstens einen Eingangsgröße des Rechenmodells erzielt wird.
Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht eine zuverlässige Anwendung des Rechenmodells zum Bestimmen der Konzentration des Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Entsprechend kann das Antriebsaggregat besonders zuverlässig angesteuert werden. Hierdurch ist sichergestellt, dass eine hinreichende Nachbehandlung des Abgases mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung sichergestellt ist und die Konzentration des wenigsten einen Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung stets den Schwellenwert unterschreitet, also kleiner ist als dieser.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zeitversatz in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats ermittelt wird, insbesondere in Abhängigkeit von einem in diesem Betriebspunkt von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgasmassenstrom des Abgases. Der Zeitversatz zwischen dem tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Verbrennungsluftverhältnis, insbesondere stromaufwärts der Lambdasonde und/oder unmittelbar stromabwärts des Antriebsaggregats, und dem mittels der Lambdasonde gemessenen Verbrennungsluftverhältnis hängt von der Zeit ab, welche das Abgas benötigt, um von dem Antriebsaggregat zu der Lambdasonde zu gelangen. Diese Zeit hängt maßgeblich von dem Betriebspunkt des Antriebsaggregats ab, vor allem von dem Abgasmassenstrom, welcher in dem Betriebspunkt vorliegt.
Der Abgasmassenstrom selbst hängt wiederum von anderen Größen des Betriebspunkts ab, beispielsweise von der Drehzahl des Antriebsaggregats und/oder dem von dem Antriebsaggregat bereitgestellten Antriebsdrehmoment. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass wenigstens eine der genannten Größen als Bestandteil des Betriebspunkts bei dem Ermitteln des Zeitversatzes berücksichtigt wird. Besonders bevorzugt werden mehrere oder sogar alle der genannten Größen berücksichtigt. Hierdurch ist eine genaue Bestimmung des Zeitversatzes und damit eine zuverlässige Verwendung des Rechenmodells zum Bestimmen der Konzentration des Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung umgesetzt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zeitversatz anhand einer in einem Kalibrierbetriebs der Antriebseinrichtung gemessen Länge einer Zeitspanne zwischen einer Änderung einer Zusammensetzung des in dem Antriebsaggregat vorliegenden Kraftstoff-Frischgas-Gemischs und einer der Änderung entsprechenden Reaktion der Lambdasonde ermittelt wird. Es wurde bereits erläutert, dass der Zeitversatz von dem Alter der Lambdasonde abhängt. Es kann vorgesehen sein, dass Alter der Lambdasonde in dem Zeitversatz zu berücksichtigen, beispielsweise indem der Zeitversatz anhand einer empirischen Beziehung ermittelt wird, in welche das Alter der Lambdasonde als Eingangsgröße einfließt.
Zwar gibt eine derartige Vorgehensweise einen ersten Hinweis auf die Größe des Zeitversatzes, der für die individuelle Lambdasonde vorliegende Zeitversatz kann jedoch nicht ermittelt werden. Aus diesem Grund soll der Kalibrierbetrieb der Antriebseinrichtung vorgenommen werden, während welchem der Zeitversatz gemessen wird. Dieses Messen erfolgt durch Vornehmen der Änderung der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs in einem ersten Zeitpunkt und dem Ermitteln eines zweiten Zeitpunkts, in welchem die Lambdasonde auf die Änderung reagiert. Die zeitliche Differenz zwischen dem zweiten Zeitpunkt und dem ersten Zeitpunkt wird als Zeitversatz herangezogen oder der Zeitversatz wird zumindest anhand der Differenz ermittelt. Der Kalibrierbetrieb wird zumindest einmalig durchgeführt. Besonders bevorzugt wird er periodisch wiederholt, um das tatsächliche Alter der Lambdasonde in dem Zeitversatz mit hoher Genauigkeit zu berücksichtigen. Hierdurch werden die bereits erwähnten Vorteile zuverlässig erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als wenigstens eine Eingangsgröße der Abgasmassenstrom und/oder eine Konzentration wenigstens einer Abgaskomponente stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendet wird. Bei dem Ermitteln der Konzentration des Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung mithilfe des Rechenmodells wird die Abgasnachbehandlungseinrichtung modelliert. Hierbei findet vorzugsweise der Abgasmassenstrom Berücksichtigung. Zusätzlich oder alternativ wird die Konzentration der wenigstens einen Abgaskomponente stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung als Eingangsgröße herangezogen. Hierdurch wird eine hohe Genauigkeit bei dem Ermitteln der stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Konzentration des Schadstoffs erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Konzentration der wenigstens einen stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Abgaskomponente ermittelt wird, indem ein für ein festes Verbrennungsluftverhältnis hinterlegter Konzentrationswert der wenigstens einen Abgaskomponente unabhängig von dem mittels der Lambdasonde gemessenen Verbrennungsluftverhältnis ausgelesen und mittels des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses korrigiert wird. Die Konzentration der Abgaskomponente liegt stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vor, also strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung des Abgases.
Die Konzentration der Abgaskomponente entspricht insoweit ihrer Konzentration in Rohemissionen des Antriebsaggregats, also in dem Abgas unmittelbar nach seinem Ausstoßen aus dem Antriebsaggregat und vor dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Besonders bevorzugt ist die Abgaskomponente eine von mehreren Abgaskomponenten, für welche die jeweilige Konzentration ermittelt werden soll. Insbesondere werden also die Konzentrationen von mehreren Abgaskomponenten ermittelt, nämlich jeweils auf die beschriebene Art und Weise. Von diesen dienen vorzugsweise mehrere, insbesondere alle, als Eingangsgröße beziehungsweise Eingangsgrö-ßen für das Rechenmodell.
Grundsätzlich könnte die Konzentration der Abgaskomponente selbst verständlich mittels eines entsprechenden Sensors gemessen werden. Dies ist jedoch nicht praktikabel, insbesondere falls die Konzentrationen mehrerer Abgaskomponenten ermittelt werden sollen, da nicht für jede Abgaskomponente ein separater Sensor vorgesehen werden kann. Aus diesem Grund soll die Konzentration der Abgaskomponente anhand des Verbrennungsluftverhältnisses stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmt werden. Das Verbrennungsluftverhältnis wird mithilfe der Lambdasonde gemessen. Diese dient insoweit dazu, das stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgas vorliegende Verbrennungsluftverhältnis zu messen, insbesondere durch Messen des Restsauerstoffgehalts des Abgases, aus welchem dann das Verbrennungsluftverhältnis bestimmt wird. Vorzugsweise dient das gemessene Verbrennungsluftverhältnis nicht nur dem Ermitteln der Konzentration der Abgaskomponente, sondern auch dem Durchführen einer Lambdaregelung, mittels welcher eine Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs, das dem Antriebsaggregat zugeführt wird, eingestellt wird.
Um die Konzentration der Abgaskomponente zu bestimmen, wird zunächst der hinterlegte Wert der Konzentration, auch bezeichnet als Konzentrationswert, ausgelesen. Vorzugsweise ist der Konzentrationswert in einem Steuergerät der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Antriebsaggregats hinterlegt, insbesondere fest beziehungsweise unveränderlich. Der Konzentrationswert ist für ein festes Verbrennungsluftverhältnis hinterlegt, insbesondere nur für ein einziges Verbrennungsluftverhältnis. Beispielsweise liegt der ausgelesene Konzentrationswert als Ausgangsgröße einer mathematischen Beziehung, einer Tabelle oder eines Kennfelds vor, in welcher beziehungsweise in welchem der Konzentrationswert hinterlegt ist.
Als Eingangsgröße für die mathematische Beziehung, die Tabelle oder das Kennfeld wird insbesondere wenigstens eine Betriebsgröße der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Antriebsaggregats herangezogen. Eine solche Betriebsgröße ist zum Beispiel der Betriebspunkt des Antriebsaggregats, welcher insbesondere durch das momentan von dem Antriebsaggregat bereitgestellte Drehmoment und/oder eine momentane Drehzahl des Antriebsaggregats gekennzeichnet ist. Besonders bevorzugt werden mehrere Eingangsgrößen herangezogen. Die Eingangsgröße oder die Eingangsgrö-ßen beziehungsweise ihre Anzahl ist insbesondere derart gewählt, dass der hinterlegte Konzentrationswert und damit auch der ausgelesene Konzentrationswert dem tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Konzentrationswert für das feste Verbrennungsluftverhältnis mit hoher Genauigkeit entspricht.
Ist also das tatsächlich in dem Abgas gemessene Verbrennungsluftverhältnis gleich dem festen Verbrennungsluftverhältnis, für welches der Konzentrationswert hinterlegt ist, so entspricht der hinterlegte Konzentrationswert dem tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Konzentrationswert mit hoher Genauigkeit, insbesondere mit einer Abweichung von höchstens einem Prozent, höchstens 0, 5 % oder höchstens 0, 1 %. Besonders bevorzugt wird als Eingangsgröße zumindest der Betriebspunkt, also zumindest das momentan von dem Antriebsaggregat bereitgestellte Drehmoment und/oder die momentane Drehzahl des Antriebsaggregats, verwendet, sodass der ausgelesene Konzentrationswert als Funktion von diesem vorliegt.
Da der Konzentrationswert lediglich für das feste Verbrennungsluftverhältnis, beispielsweise für ein Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1, hinterlegt ist, und während des Betriebs der Antriebsrichtung auch ein von dem festen Verbrennungsluftverhältnis abweichendes Verbrennungsverhältnis auftreten kann, ist es notwendig, den ausgelesenen Konzentrationswert in Abhängigkeit von dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis zu korrigieren. Hierbei erfolgt eine Anpassung des ausgelesenen Konzentrationswerts derart, dass der ausgelesene Konzentrationswert in Richtung des tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Konzentrationswert angepasst wird. Idealerweise entspricht der somit korrigierte Konzentrationswert dem tatsächlich in dem Abgas vorliegenden Konzentrationswert mit hoher Genauigkeit, also wiederum mit einem Fehler von höchstens einem Prozent, höchstens 0, 5 % oder höchstens 0, 1 %. Das korrigieren erfolgt auf Grundlage des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses. Vorzugsweise erfolgt das Korrigieren derart, dass aus dem Verbrennungsluftverhältnis ein Korrekturwert ermittelt wird, der zum Korrigieren des ausgelesenen Konzentrationswerts verwendet wird.
Besonders gewinnbringend lässt sich die beschriebene Vorgehensweise einsetzen, falls die Abgaskomponente Teil mehrerer Abgaskomponenten ist und für jede der mehreren Abgaskomponenten die jeweilige Konzentration ermittelt wird. In diesem Fall wird für jede Abgaskomponente der jeweils ausgelesene Konzentrationswert mittels des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses korrigiert.
Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht ein zuverlässiges Ansteuern des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von der Konzentration der Abgaskomponente beziehungsweise dem (korrigierten) Konzentrationswert der Abgaskomponente. Insbesondere kann mithilfe des korrigierten Konzentrationswerts das erwähnte Rechenmodell der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit hoher Genauigkeit betrieben werden, sodass die Konzentration des mindestens einen Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ebenfalls mit hoher Genauigkeit bekannt ist. Das Betreiben der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Antriebsaggregats erfolgt insbesondere in Abhängigkeit von der Konzentration des Schadstoffs, also zumindest mittelbar in Abhängigkeit von der Konzentration der stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Abgaskomponente beziehungsweise des korrigierten Konzentrationswerts. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs stets den bestimmten Schwellenwert unterschreitet, und entsprechend eine hinreichende Nachbehandlung des Abgases mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung sichergestellt ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als festes Verbrennungsluftverhältnis ein Verbrennungsluftverhältnis von eins verwendet wird. Das bedeutet, dass der Konzentrationswert lediglich für dieses Verbrennungsluftverhältnis hinterlegt ist, nämlich in Abhängigkeit von der wenigstens eine Betriebsgröße. Für das Verbrennungsluftverhältnis von eins ist gerade kein Restsauerstoff mehr in dem Abgas enthaltenen, da die in dem Kraftstoff-LuftGemisch vorliegende Luft beziehungsweise der in der Luft enthaltene Sauerstoff vollständig mit dem Kraftstoff reagiert. Entsprechend wird von einer oder mehreren Sauerstoffeintragskomponenten ebenso viel Sauerstoff beigetragen wie von einer oder mehreren Sauerstoffaustragskomponenten entnommen wird. Insoweit ist es besonders einfach, ausgehend von dem festen Verbrennungsluftverhältnis von eins das Korrigieren des ausgelesenen Konzentrationswerts vorzunehmen und so die Konzentrationen der Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit zu bestimmen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Korrigieren des ausgelesenen Konzentrationswerts für eine als Sauerstoffeintragskomponente vorliegende Abgaskomponente durch Multiplizieren mit einem aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis berechneten Korrekturwert und/oder für eine als Sauerstoffaustragskomponente vorliegende Abgaskomponente durch Dividieren durch den Korrekturwert erfolgt. Der Korrekturwert wird derart ermittelt, dass er bei einem Verbrennungsluftverhältnis von größer als eins ebenfalls größer als eins und bei einem Verbrennungsluftverhältnis von kleiner als eins ebenfalls kleiner als eins ist.
Dem Korrigieren des Konzentrationswerts liegt die Annahme zugrunde, dass sich für mageres Abgas, also für ein Verbrennungsluftverhältnis von größer als eins, die Konzentration einer zu reduzierenden Abgaskomponente proportional zu einem bestimmten Koeffizient über das Verbrennungsluftverhältnis verändert. Umgekehrt wird angenommen, dass sich die Konzentration einer zu oxidierenden Abgaskomponente reziprok proportional zu demselben Koeffizient über das Verbrennungsluftverhältnis verändert. Entsprechend gilt im fetten Bereich, also für ein Verbrennungsluftverhältnis von kleiner als eins, dass sich die Konzentration einer zu reduzierende Abgaskomponente reziprok proportional zu dem bestimmten Koeffizient über das Verbrennungsluftverhältnis verändert und die Konzentration einer zu oxidierenden Komponente proportional zu dem gleichen Koeffizient.
Werden die Konzentrationen mehrerer Abgaskomponente ermittelt, so wird für jede der mehreren Abgaskomponenten der für das feste Verbrennungsluftverhältnis jeweils hinterlegte Konzentrationswert der Konzentration ausgelesen und mittels beziehungsweise unter Verwendung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses korrigiert, nämlich durch Multiplizieren mit dem Korrekturwert oder durch Dividieren durch den Korrekturwert, der aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis ermittelt wird. Das bedeutet, dass für die Konzentrationen der mehreren Abgaskomponenten beziehungsweise die Konzentrationswerte derselbe Korrekturwert zum Korrigieren verwendet wird. Für jedes Ermitteln der Konzentrationen der mehreren Abgaskomponenten wird insoweit bevorzugt der Korrekturwert lediglich einmal aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis berechnet und nachfolgend für alle für dieses gemessene Verbrennungsluftverhältnis zu ermittelnden Konzentrationen zum Korrigieren des ausgelesenen Konzentrationswerts herangezogen. Hierdurch ist das Ermitteln der Konzentration der Abgaskomponente beziehungsweise der Konzentrationen der mehreren Abgaskomponenten mit geringem Rechenaufwand und dennoch hoher Genauigkeit möglich.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Korrekturwert anhand einer polynomischen Beziehung aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis berechnet wird. Zwischen dem Korrekturwert und dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis liegt insoweit eine mathematische Beziehung vor und der Korrekturwert wird mittels dieser mathematischen Beziehung aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis berechnet. Die mathematische Beziehung liegt als Polynom vor, insbesondere als Polynom mit einer Ordnung von mindestens zwei. Hierdurch wird eine hohe Genauigkeit des Korrekturwerts und entsprechend des korrigierten Konzentrationswerts erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Korrekturwert anhand der Beziehung $x^{2} + (\frac{0,42}{λ k} - \frac{0,42}{k}) x - 1 = 0$
oder anhand der Beziehung $x^{2} + \frac{0,42 - 0,42 λ}{k} x - λ = 0$
berechnet wird, wobei x der Korrekturwert, λ das Verbrennungsluftverhältnis und k ein Koeffizient ist.
Das Verbrennungsluftverhältnis kann grundsätzlich mit der Beziehung $λ = \frac{2 C_{O 2} + 2 C_{C O 2} + C_{H 2 O} + C_{C O} + C_{N O} + 2 C_{N O 2}}{2 C_{C O} + C_{H 2} + 9 C_{C 3 H 6} + 10 C_{C 3 H 8} + 2 C_{C O 2} + C_{H 2 O}}$
berechnet werden, wobei C_x die Konzentration der jeweiligen Abgaskomponente beschreibt, insbesondere als Molmassenverhältnis oder als parts per million (ppm). In dem Index x steht O2 für molekularen Sauerstoff, CO2 für Kohlenstoffdioxid, H2O für Wasser, CO für Kohlenstoffmonoxid, NO für Stickstoffmonoxid, NO2 für Stickstoffdioxid, H2 für molekularen Wasserstoff, C3H6 für Propen und C3H8 für Propan. Im Zähler stehen hierbei alle Sauerstoffeintragskomponenten, im Nenner alle Sauerstoffaustragskomponenten.
Für ein Verbrennungsluftverhältnis um eins beziehungsweise gleich eins beträgt die Summe der Molanteile von Kohlenstoffdioxid und Wasser beziehungsweise die Summe ihrer Konzentrationen 0,42 (angegeben als Molmassenverhältnis). Die Beziehung kann daher zu $λ = \frac{2 C_{O 2} + C_{C O} + C_{N O} + 2 C_{N O 2} + 0,42}{2 C_{C O} + C_{H 2} + 9 C_{C 3 H 6} + 10 C_{C 3 H 8} + 0,42}$
vereinfacht werden. Alternativ kann die Summe der Molanteile von Kohlenstoffdioxid und Wasser als ppm angegeben werden. Dann ändert sich der Wert in der jeweiligen Beziehung von 0,42 auf 420.000.
Die Konzentrationen der Sauerstoffeintragskomponenten und die Konzentrationen der Sauerstoffaustragskomponenten jeweils zusammenfassen kann diese Beziehung somit als $λ = \frac{C_{O, e i n} + 0,42}{C_{O, a u s} + 0,42}$
ausgedrückt werden, wobei C_O,ein für die Summe der Konzentrationen der Sauerstoffeintragskomponenten und C_O,aus für die Summe der Konzentrationen der Sauerstoffaustragskomponenten steht. Es sind hierbei also die Beziehungen $C_{O, e i n} = 2 C_{O 2} + C_{C O} + C_{N O} + 2 C_{N O 2}$
und $C_{O, a u s} = 2 C_{C O} + C_{H 2} + 9 C_{C 3 H 6} + 10 C_{C 3 H 8}$
zu berücksichtigen.
Da weiterhin für das Verbrennungsluftverhältnis um beziehungsweise gleich eins die Summe der Molanteile beziehungsweise der Konzentrationen der Sauerstoffeintragskomponenten bis auf wenige Prozent mit der Summe der Molanteile beziehungsweise der Konzentrationen der Sauerstoffaustragskomponenten übereinstimmen, können die Konzentrationen der Sauerstoffeintragskomponenten aus dem Zähler in den Nenner überführt werden, so dass sich die Beziehung $λ = \frac{0,42}{0,42 - C_{O, e i n} + C_{O, a u s}}$
ergibt. Unter Verwendung des erwähnten Korrekturwerts kann die Beziehung $λ = \frac{0,42}{0,42 - k x + k / x}$
aufgestellt werden, wobei $k = C_{O, e i n}$
entspricht und x der Korrekturfaktor ist. Die Beziehung kann in die quadratische Gleichung $x^{2} + (\frac{0,42}{λ k} - \frac{0,42}{k}) x - 1 = 0$
umgestellt werden. Diese wiederum kann mit der p-q-Formel gelöst werden, wobei sich für eine beliebige quadratische Gleichung $x^{2} + p x + q = 0$
die Lösung $x_{1 / 2} = - \frac{p}{2} \pm \sqrt{{(\frac{p}{2})}^{2} - q}$
ergibt.
In dem vorliegenden Fall kann die Lösung somit als $x = - \frac{1}{2} (\frac{0,42}{λ k} - \frac{0,42}{k}) + \sqrt{{(\frac{1}{2} (\frac{0,42}{λ k} - \frac{0,42}{k}))}^{2} + 1}$
ausgedrückt werden, da die negative Lösung physikalisch nicht sinnvoll ist.
Alternativ kann aus der bereits bekannten Beziehung $λ = \frac{C_{O, e i n} + 0,42}{C_{O, a u s} + 0,42}$
die Beziehung $λ = \frac{C_{O, e i n} x + 0,42}{C_{O, a u s} / x + 0,42}$
abgeleitet werden. Hieraus ergibt sich durch Umformen $λ = \frac{C_{O, e i n} x^{2} + 0,42 x}{C_{O, a u s} + 0,42 x}$
und nachfolgend kann dies durch weiteres Umstellen als $λ C_{O, a u s} + 0,42 λ x = C_{O, e i n} x^{2} + 0,42 x$
geschrieben werden. Da für ein Verbrennungsluftverhältnis von eins $k = C_{O, e i n} = C_{O, a u s}$
gilt, kann die Beziehung als $x^{2} + \frac{0,42 - 0,42 λ}{k} x - λ = 0$
geschrieben werden. Diese kann wiederum mittels der p-q Formel gelöst werden. Die beschriebenen Beziehungen ermöglicht das Bestimmen des Korrekturwerts und folglich des korrigierten Konzentrationswerts mit hoher Genauigkeit.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Koeffizient aus einer Konzentration wenigstens einer Sauerstoffeintragskomponente für das feste Verbrennungsluftverhältnis ermittelt wird. Der Koeffizient ist insoweit nicht konstant, sondern verändert sich insbesondere in Abhängigkeit von der Betriebsgröße der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Antriebsaggregats, vorzugsweise in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt. Die Konzentration der wenigstens einen Sauerstoffeintragskomponente ist somit ebenso wie die Konzentration der wenigstens einen Abgaskomponente hinterlegt und wird unabhängig von dem mittels der Lambdasonde gemessenen Verbrennungsluftverhältnis für das feste Verbrennungsluftverhältnis ausgelesen. Selbstverständlich kann es vorgesehen sein, dass die Sauerstoffeintragskomponente der wenigstens einen Abgaskomponente entspricht.
Bevorzugt wird der Koeffizient anhand der Beziehung $k = C_{O, e i n} = 2 C_{O 2} + C_{C O} + C_{N O} + 2 C_{N O 2}$
ermittelt und somit als Funktion aus den Konzentrationen der Abgaskomponenten molekularer Sauerstoff, Kohlenstoffmonoxid, Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht eine besonders genaue Ermittlung des Koeffizienten und folglich des korrigierten Konzentrationswerts. Die genannten Konzentrationen oder alternativ der Koeffizient sind für das feste Verbrennungsluftverhältnis hinterlegt und werden ausgelesen, insbesondere in Abhängigkeit von der gleichen Größe beziehungsweise den gleichen Größen wie der Konzentrationswert, beispielsweise dem Betriebspunkt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Sauerstoffeintragskomponente eine der folgenden Komponenten verwendet wird: Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Wasser und Stickstoffoxid. Unter der Sauerstoffeintragskomponente ist eine Komponente zu verstehen, welche Sauerstoff enthält und in der Abgasnachbehandlungseinrichtung Sauerstoff abgeben kann. Der Sauerstoff liegt vorzugsweise in molekularer Form vor. Das Kohlenstoffoxid ist insbesondere Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid. Unter dem Stickstoffoxid ist hingegen Stickstoffmonoxid oder Stickstoffdioxid zu verstehen. Vorzugsweise werden sowohl Kohlenstoffmonoxid als auch Kohlenstoffdioxid und/oder sowohl Stickstoffmonoxid als auch Stickstoffdioxid als Sauerstoffeintragskomponenten herangezogen.
Besonders bevorzugt werden mehrere der genannten Komponenten, insbesondere alle der genannten Komponenten als Sauerstoffeintragskomponenten verwendet, sodass insgesamt Sauerstoff, Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Wasser, Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid die Sauerstoffeintragskomponenten bilden. Die Verwendung der genannten Komponenten möglichst auf einfache Art und Weise das Ermitteln der Konzentration der wenigstens einen Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit. Die Konzentrationen von Kohlenstoffdioxid und Wasser können hierbei wie erläutert vereinfacht zusammengefasst werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Sauerstoffaustragskomponente eine der folgenden Komponenten verwendet wird: Kohlenstoffoxid, Wasserstoff, Kohlenwasserstoff und Wasser. Die Sauerstoffaustragskomponente ist eine Komponente, welche Sauerstoff aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung austragen kann, also beispielsweise beim Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung oxidieren und/oder den von ihnen selbst in die Abgasnachbehandlungseinrichtung eingebrachten Sauerstoff selbst wieder aus dieser ausgetragen.
Unter dem Kohlenstoffoxid ist wie bereits erläutert Kohlenstoffmonoxid oder Kohlenstoffdioxid zu verstehen. Der Kohlenwasserstoff entspricht beispielsweise einem konkreten Kohlenwasserstoff oder unterschiedlichen Kohlenwasserstoffen. Beispielsweise kann Propen (C₃H₆) oder Propan (C₃H₈) als Kohlenwasserstoff verwendet werden. Beispielsweise wird lediglich eine der genannten Komponenten als Sauerstoffaustragskomponente herangezogen. Bevorzugt werden jedoch mehrere oder sogar alle der genannten Komponenten verwendet, also insgesamt Kohlenstoffoxid, Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff, einer oder mehrere Kohlenwasserstoffe und Wasser. Als Kohlenwasserstoffe werden bevorzugt Nichtmethan-Kohlenwasserstoffe (NMHC), insbesondere Propen oder Propan oder Propen sowie Propan, verwendet. Erneut ergibt sich aus dieser Vorgehensweise eine hohe Genauigkeit der Konzentration der Abgaskomponente.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde verwendet wird. Die Breitbandlambdasonde ermöglicht das Erfassen des Restsauerstoffgehalts beziehungsweise des entsprechenden Lambdawerts über einen weiteren Messbereich hinweg. Die Lambdasonde beziehungsweise die Breitbandlambdasonde wird zum Durchführen der Lambdaregelung und entsprechend zum Einstellen der Zusammensetzung des dem Antriebsaggregat zugeführten Kraftstoff-Frischgas-Gemischs verwendet.
Besonders bevorzugt liegt zusätzlich zu der Lambdasonde eine weitere Lambdasonde vor, nämlich stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die weitere Lambdasonde kann als Sprunglambdasonde vorliegen. Die Sprunglambdasonde weist einen schmaleren Messbereich auf als die Breitbandlambdasonde, insbesondere wird sie (nur) für eine Erkennung von einem Lambdawert von eins herangezogen. Allerdings ist die Messgenauigkeit der Sprunglambdasonde höher als die der Breitbandlambdasonde. Abweichungen und Fehler der Breitbandlambdasonde werden mithilfe einer Trimmregelung beziehungsweise unter Verwendung der Sprunglambdasonde zumindest teilweise ausgeglichen. Hierdurch wird das Einstellen der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs mit hoher Genauigkeit realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einem Überschreiten eines Schwellenwerts durch die Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ein Fehlersignal erzeugt wird. Mithilfe des Rechenmodells wird also die Konzentration des mindestens einen Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung, also in dem Abgas, welches nachfolgend in die Außenumgebung abgeführt wird, ermittelt. Als Ausgangsgröße liefert das Rechenmodell die Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs. Derartige Rechenmodelle werden als grundsätzlich bekannt vorausgesetzt. Überschreitet die Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs den Schwellenwert, so das Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal umfasst beispielsweise eine optische Anzeige in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise an einem Instrumentenbrett des Kraftfahrzeugs. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, eine Leistung des Antriebsaggregats zu drosseln, also eine Maximalleistung zu begrenzen, oder das Antriebsaggregat vollständig zu deaktivieren, sobald das Fehlersignal auftritt.
Beispielsweise ist es vorgesehen, die Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs über eine Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs oder über der Zeit zu kumulieren und bei Überschreiten des Schwellenwerts durch die kumulierte Konzentration innerhalb einer bestimmten Fahrstrecke oder innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls die genannten Maßnahmen durchzuführen. Hierdurch wird effektiv verhindert, dass der Schadstoffs in zu großer Menge in die Außenumgebung entlassen wird. Bevorzugt dient das Rechenmodell dem Bestimmen der Konzentrationen mehrerer Schadstoffe, wobei der Vergleich mit einem jeweiligen Schwellenwert für mehrere dieser Schadstoffe oder alle Schadstoffe vorgenommen wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebsrichtung 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 stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt, wobei eine Konzentration wenigstens eines Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels eines die Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibenden Rechenmodells unter Verwendung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt wird. Dabei ist die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet, einen Zeitversatz des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses zu ermitteln und wenigstens eine Eingangsgröße des Rechenmodells diesem um den Zeitversatz verzögert zuzuführen.
Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Antriebsrichtung 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. Dabei zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebsrichtung 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 das Verbrennungsluftverhältnis des Abgases zu bestimmen.
Es ist nun vorgesehen, zunächst die Konzentration eines Schadstoffs stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 zu ermitteln, nämlich anhand eines mithilfe der Lambdasonde 13 gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses. Dies hat zur Folge, dass ein Zeitversatz des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses gegenüber einem tatsächlichen Verbrennungsluftverhältnis in die Konzentration einfließt. Da die Konzentration stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 nachfolgend als Eingangsgröße für ein die Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 beschreibendes Rechenmodell dient, muss wenigstens eine weitere Eingangsgröße dieses Rechenmodells dem gleichen Zeitversatz unterzogen werden, damit das Rechenmodell mit guter Genauigkeit arbeiten kann.
Das Rechenmodell dient der Ermittlung der Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12. Als weitere Eingangsgröße wird insbesondere der von dem Antriebsaggregat 2 erzeugte Abgasmassenstrom zugeführt. Dieser wird daher um den zuvor bestimmten Zeitversatz verzögert und erst anschließend dem Rechenmodell zugeführt. Hierdurch wird eine hohe Genauigkeit bei dem Betrieb des Rechenmodells erzielt.
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: Lambdasonde

Claims

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 stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (13) zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt, wobei eine Konzentration wenigstens eines Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) mittels eines die Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) beschreibenden Rechenmodells unter Verwendung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeitversatz des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt und wenigstens eine Eingangsgröße des Rechenmodells diesem um den Zeitversatz verzögert zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitversatz in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats (2) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitversatz anhand einer in einem Kalibrierbetrieb der Antriebseinrichtung (1) gemessenen Länge einer Zeitspanne zwischen einer Änderung einer Zusammensetzung des in dem Antriebsaggregat (2) vorliegenden Kraftstoff-Frischgas-Gemischs und einer der Änderung entsprechenden Reaktion der Lambdasonde (13) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als wenigstens eine Eingangsgröße der Abgasmassenstrom und/oder eine Konzentration wenigstens einer Abgaskomponente stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der wenigsten einen stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) vorliegenden Abgaskomponente ermittelt wird, indem ein für ein festes Verbrennungsluftverhältnis hinterlegter Konzentrationswert der wenigstens einen Abgaskomponente unabhängig von dem mittels der Lambdasonde (13) gemessenen Verbrennungsluftverhältnis ausgelesen und mittels des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als festes Verbrennungsluftverhältnis ein Verbrennungsluftverhältnis von eins verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Korrigieren des ausgelesenen Konzentrationswerts für eine als Sauerstoffeintragskomponente vorliegende Abgaskomponente durch Multiplizieren mit einem aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis berechneten Korrekturwert und/oder für eine als Sauerstoffaustragskomponente vorliegende Abgaskomponente durch Dividieren durch den Korrekturwert erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrekturwert anhand einer polynomischen Beziehung aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis berechnet wird.
Verfahren einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überschreiten eines Schwellenwerts durch die Konzentration des wenigsten einen Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) ein Fehlersignal erzeugt wird.
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 stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (13) zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt, wobei eine Konzentration mindestens eines Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) mittels eines die Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) beschreibenden Rechenmodells unter Verwendung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (1) dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, einen Zeitversatz des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses zu ermitteln und wenigstens eine Eingangsgröße des Rechenmodells diesem um den Zeitversatz verzögert zuzuführen.