DE102023204230B3 - Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts für eine Antriebseinrichtung sowie entsprechendes Steuergerät - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts (13) für eine Antriebseinrichtung (1), die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und wenigstens einen als SCR-Katalysator ausgestalteten Fahrzeugkatalysator (4) zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, wobei zumindest zeitweise stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators (4) dem Abgas ein Reduktionsmittel beigemengt und ein den Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators (4) beschreibender Stickoxidwert bestimmt wird. Dabei ist vorgesehen, dass in einer Anwendungsbetriebsart zumindest zeitweise anhand des Stickoxidwerts ein erster Referenzwirkungsgrad für einen ersten Referenzkatalysator, ein zweiter Referenzwirkungsgrad für einen zweiten Referenzkatalysator und ein Katalysatorwirkungsgrad für den Fahrzeugkatalysator (4) aus einem in dem Steuergerät (13) hinterlegten Kennfeld (17) ausgelesen werden sowie aus dem ersten Referenzwirkungsgrad, dem zweiten Referenzwirkungsgrad und dem Katalysatorwirkungsgrad ein Zustand des Fahrzeugkatalysators (4) ermittelt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät (13) für eine Antriebseinrichtung (1).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts für eine Antriebseinrichtung, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und wenigstens einen als SCR-Katalysator ausgestalteten Fahrzeugkatalysator zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, wobei zumindest zeitweise stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators dem Abgas ein Reduktionsmittel beigemengt und ein den Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators beschreibender Stickoxidwert bestimmt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät für eine Antriebseinrichtung.
• Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2005 031 720 B4 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zur Dosierung eines als wässrige Harnstofflösung ausgebildeten Reduktionsmittels in eine Abgasleitung einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasreinigungssystem, umfassend ein in der Abgasleitung angeordnetes Ventil zur Zugabe des Reduktionsmittels in das Abgas und einen stromab des Dosierventils in der Abgasleitung angeordneten, als SCR-Katalysator ausgebildeten Stickoxid-Reduktionskatalysator, an welchem eine selektive Reduktion von im Abgas enthaltenen Stickoxiden mit Ammoniak erfolgen kann, und einer Steuereinrichtung zur Steuerung des Abgasreinigungssystems, wobei die Steuereinrichtung eine Dosierrate von dem Abgas über das Dosierventil zuzugebendem Reduktionsmittel einstellt.
• Dabei ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung Veränderungen an einer Wandfilmmasse von an der Innenwand der Abgasleitung angelagertem Reduktionsmittel ermittelt und bei der Einstellung der Dosierrate berücksichtigt, wobei von der Steuereinrichtung eine Anlagerungsrate von sich im Wandfilm anlagerndem und eine Desorbtionsrate von aus dem Wandfilm desorbierendem Reduktionsmittel ermittelt wird und der Betrag der Wandfilmmasse laufend durch Bilanzierung der Anlagerungsrate und der Desorbtionsrate ermittelt wird.
• Weiterhin beschreibt die Druckschrift DE 10 2013 108 483 A1 ein Verfahren zur modellbasierten Regelung eines zumindest einen SCR-Katalysator aufweisenden SCR-Systems, wobei zur Steuerung der Einspritzung eines Reduktants stromaufwärts des SCR-Katalysators ein physikalisches SCR-Katalysatormodell des SCR-Katalysators verwendet wird, wobei im SCR-Katalysatormodell zumindest eine auf einem Arrheniusansatz basierende Reduktionsrate und/oder ein SCR-Wirkungsgrad zumindest einer relevanten Reaktion im SCR-Katalysator berechnet wird, und wobei Abweichungen zwischen einem realen Systemverhalten und dem simulierten Systemverhalten mittels einer Adaptionslogik angepasst werden.
• Um die Abweichungen zwischen dem Modell und dem echten Systemverhalten zu minimieren und eine verbesserte Regelgenauigkeit zu erzielen, ist vorgesehen, dass bei der Berechnung zumindest einer Reaktionsrate und/oder eines SCR-Wirkungsgrads zumindest ein Anpassungsparameter mit einbezogen wird, welcher Abweichungen zwischen einem realen Systemverhalten und dem simulierten Systemverhalten berücksichtigt, wobei der Anpassungsparameter als eine Funktion zumindest eines Betriebsparameters des SCR-Systems bestimmt wird.
• Die Druckschrift DE 199 44 009 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betrieb eines SCR-Katalysators, wobei der Ist-Wirkungsgrad eines NOx-Katalysators im Abgastrakt einer Brennkraftmaschine ermittelt und mit einem betriebstemperaturabhängigen Soll-Wirkungsgrad verglichen wird. Die Reduktionsmitteldosierung erfolgt dann derart, dass der Ist-Wirkungsgrad sich dem Soll-Wirkungsgrad annähert.
• Aus dem Stand sind weiterhin die Druckschriften DE 10 2009 037 584 A1 , DE 10 2014 209 972 A1 , DE 10 2014 209 966 A1 und EP 2 181 258 B1 bekannt.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts für eine Antriebseinrichtung vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere einen Zustand des Fahrzeugkatalysators mit hoher Zuverlässigkeit erkennt und anzeigt.
• Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts für eine Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass in einer Anwendungsbetriebsart zumindest zeitweise anhand des Stickoxidwerts ein erster Referenzwirkungsgrad für einen ersten Referenzkatalysator, ein zweiter Referenzwirkungsgrad für einen zweiten Referenzkatalysator und ein Katalysatorwirkungsgrad für den Fahrzeugkatalysator aus einem in dem Steuergerät hinterlegten Kennfeld ausgelesen werden sowie aus dem ersten Referenzwirkungsgrad, dem zweiten Referenzwirkungsgrad und dem Katalysatorwirkungsgrad ein Zustand des Fahrzeugkatalysators ermittelt 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.
• Das Verfahren dient zum Betreiben des Steuergeräts, welches bevorzugt Bestandteil der Antriebseinrichtung ist, jedoch auch von dieser separat vorliegen kann. Die Antriebseinrichtung dient bevorzugt dem Antreiben eines 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 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, insbesondere Stickoxide, enthalten sind, wird das Abgas vor dem Entlassen in die Außenumgebung zunächst einer 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 weist zumindest den wenigstens einen Fahrzeugkatalysator auf, welcher als SCR-Katalysator ausgestaltet ist. Der SCR-Katalysator ist zur Durchführung einer selektiven katalytischen Reduktion der Schadstoffe, insbesondere der Stickoxide, vorgesehen und ausgestaltet. Zur Durchführung der Reduktion wird dem Abgas das Reduktionsmittel beigemengt, nämlich stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators beziehungsweise - anders ausgedrückt - strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und dem Fahrzeugkatalysator, vorzugsweise zwischen einem zum Ermitteln des Stickoxidwerts verwendeten Stickoxidsensor und dem Fahrzeugkatalysator. Das bedeutet, dass das Reduktionsmittel den Fahrzeugkatalysator gemeinsam mit dem Abgas durchläuft und hierbei die Reduktion der in dem Abgas befindlichen Schadstoffe bewirkt oder zumindest begünstigt. Als Reduktionsmittel wird beispielsweise Ammoniak verwendet, welches bevorzugt in Form einer wässrigen Harnstofflösung in das Abgas eingebracht wird. Aus der Harnstofflösung entsteht durch Thermolyse in dem Abgas das Ammoniak.
• Zusätzlich zu dem SCR-Katalysator kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung über wenigstens einen weiteren Fahrzeugkatalysator und/oder einen Partikelfilter verfügen. Der weitere Fahrzeugkatalysator liegt beispielsweise als Drei-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, NOx-Speicherkatalysator oder dergleichen vor. Der Partikelfilter ist vorzugsweise als Otto-Partikelfilter oder als Diesel-Partikelfilter ausgestaltet. Der Partikelfilter kann mit integriertem Fahrzeugkatalysator hergestellt sein und hierzu beispielsweise eine katalytische Beschichtung aufweisen. Besonders bevorzugt verfügt der als SCR-Katalysator ausgestalteten Fahrzeugkatalysator über einen integrierten Partikelfilter, liegt also als Bauteil vor, welches sowohl den SCR-Katalysator als auch den Partikelfilter aufweist.
• Um sicherzustellen, dass die Schadstoffe, insbesondere die Stickoxide, von dem Fahrzeugkatalysator in hinreichendem Maße umgewandelt werden, wird üblicherweise der Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators sowie der Stickoxidgehalt des Abgases stromabwärts des Fahrzeugkatalysators bestimmt, insbesondere gemessen. Der Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators wird von dem Stickoxidwert und der Stickoxidgehalt des Abgases stromabwärts des Fahrzeugkatalysators von einem weiteren Stickoxidwert beschrieben. Aus diesen beiden Werten kann nachfolgend der Wirkungsgrad des Fahrzeugkatalysators ermittelt werden, beispielsweise anhand der Beziehung $${\mathrm{\eta }}_{\text{SCR}}=\left({\text{c}}_{\text{NOx},\text{US}}-{\text{c}}_{\text{NOx},\text{DS}}\right)/{\text{c}}_{\text{NOx},\text{US}},$$

  

  wobei c_NOx,US der Stickoxidwert und c_NOx,DS der weitere Stickoxidwert ist. Beispielsweise werden die Stickoxidwerte in Form einer Konzentration angegeben.
• Um den Wirkungsgrad des Fahrzeugkatalysators zu bestimmen, ist es also notwendig, dass das Abgas den Fahrzeugkatalysator bereits durchströmt hat. Somit kann stets erst im Nachhinein festgestellt werden, wie groß der Wirkungsgrad ist und ob er hinreichend ist, um das Austreten von Schadstoffen in die Außenumgebung zu unterbinden. Aus diesem Grund soll der Zustand des Fahrzeugkatalysators gemäß der Erfindung unter Verwendung eines Modells ermittelt werden, nämlich anhand des Kennfelds. Diese Vorgehensweise wird insbesondere in der Anwendungsbetriebsart herangezogen, welche während eines bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird. Die Anwendungsbetriebsart liegt also vorzugsweise stets vor, sobald das Kraftfahrzeug von einem Endabnehmer betrieben wird.
• Im Rahmen des Modells wird der Stickoxidwert bestimmt, welcher den Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators beschreibt. Insbesondere wird der Stickoxidwert gemessen, nämlich unter Verwendung eines stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators angeordneten Stickoxidsensors. Der Stickoxidwert dient als Eingangsgröße für das Kennfeld, aus welchem mehrere Wirkungsgrade ausgelesen werden, nämlich der erste Referenzwirkungsgrad für den ersten Referenzkatalysator, der zweite Referenzwirkungsgrad für den zweiten Referenzkatalysator und der Katalysatorwirkungsgrad für den Fahrzeugkatalysator.
• Der erste Referenzwirkungsgrad und der zweite Referenzwirkungsgrad sind für von dem Fahrzeugkatalysator verschiedene Katalysatoren hinterlegt, nämlich den ersten Referenzkatalysator und den zweiten Referenzkatalysator. Vorzugsweise bilden diese beiden Referenzkatalysator eine Bandbreite an Zuständen von Fahrzeugkatalysatoren ab, insbesondere liegen sie auf gegenüberliegenden Seiten eines Zustandsbereichs, in welchem der Fahrzeugkatalysator liegt beziehungsweise liegen kann. Der erste Referenzkatalysator ist beispielsweise ein vollständig funktionsfähiger Fahrzeugkatalysator, insbesondere ein fabrikneuer Fahrzeugkatalysator. Der zweite Referenzkatalysator ist hingegen ein nicht funktionsfähiger Fahrzeugkatalysator beziehungsweise ein defekter Fahrzeugkatalysator, dessen Wirkungsgrad nicht oder nur noch teilweise ausreicht, um die Schadstoffe in hinreichendem Maße umzuwandeln. Der Katalysatorwirkungsgrad wird hingegen für den Fahrzeugkatalysator bestimmt, der der Antriebseinrichtung zugeordnet ist, also von dem von der Antriebseinrichtung erzeugten Abgas durchströmt wird.
• Bevorzugt liegt der erste Referenzwirkungsgrad als erster Referenzminimalwirkungsgrad, der zweite Referenzwirkungsgrad als zweiter Referenzminimalwirkungsgrad und der Katalysatorwirkungsgrad als Katalysatorminimalwirkungsgrad vor, stellen also jeweils Minimalwerte des Wirkungsgrads dar. Anhand der drei Wirkungsgrade, insbesondere einem Vergleich der drei Wirkungsgrade miteinander, wird nachfolgend der Zustand des Fahrzeugkatalysators ermittelt. Beispielsweise wird ermittelt, ob der Katalysatorwirkungsgrad zwischen dem ersten Referenzwirkungsgrad und dem zweiten Referenzwirkungsgrad liegt. Ist dies der Fall, so wird auf Funktionsfähigkeit des Fahrzeugkatalysators erkannt, anderenfalls auf einen Defekt. Mit dieser Herangehensweise kann bereits sehr frühzeitig ein möglicher Defekt des Fahrzeugkatalysators oder ein nicht hinreichender Wirkungsgrad des Fahrzeugkatalysators erkannt werden, da es nicht notwendig ist, dass das Abgas zunächst den Fahrzeugkatalysator durchströmt. Vielmehr wird dem Ermitteln des Katalysatorwirkungsgrads der Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators zugrunde gelegt.
• Mithilfe dieser Vorgehensweise wird zum einen eine Applikationszeit der Antriebseinrichtung verringert, da eine Auslegung des Fahrzeugkatalysators für das Antriebsaggregat rascher als bisher erfolgt. Zum anderen wird während des eigentlichen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs stets sichergestellt, dass ein hinreichendes Umwandeln der Schadstoffe unter Verwendung des Fahrzeugkatalysators erfolgt. Das Auslesen der Wirkungsgrade aus dem Kennfeld erfolgt derart, dass auch für bislang nicht aufgetretene Stickoxidwerte, die Wirkungsgrade ermittelt werden, insbesondere durch Interpolation und/oder Extrapolation. So kann der Wirkungsgrad des Fahrzeugkatalysators auch für bislang nicht aufgetretene Fahrsituationen zuverlässig abgeschätzt werden.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als erster Referenzkatalysator und als zweiter Referenzkatalysator Fahrzeugkatalysatoren mit unterschiedlichen Wirkungsgraden verwendet werden, insbesondere als erster Referenzkatalysator ein voll funktionsfähiger Fahrzeugkatalysator und als zweiter Referenzkatalysator ein nicht funktionsfähiger Fahrzeugkatalysator herangezogen werden. Wie bereits erläutert sollen die Referenzkatalysatoren einen Bereich an möglichen Zuständen des Fahrzeugkatalysators und entsprechend an unterschiedlichen Wirkungsgraden einschließen.
• Die beiden Referenzkatalysator werden insoweit derart gewählt, dass sie auf gegenüberliegenden Seiten dieses Bereichs an Zuständen beziehungsweise Wirkungsgraden liegen. Die beiden Referenzkatalysator werden besonders bevorzugt so gewählt, dass bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb der Antriebseinrichtung der Fahrzeugkatalysator hinsichtlich seines Zustands beziehungsweise seines Wirkungsgrad stets zwischen dem ersten Referenzkatalysator und dem zweiten Referenzkatalysator liegt.
• Der erste Referenzwirkungsgrad und der zweite Referenzwirkungsgrad werden während einer Auslegung der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Fahrzeugkatalysators ermittelt, beispielsweise auf einem Prüfstand oder bei einem Testbetrieb der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs. Für den ersten Referenzwirkungsgrad wird der erste Referenzkatalysator als Fahrzeugkatalysator verbaut, für den zweiten Referenzwirkungsgrad der zweite Referenzkatalysator.
• Während der Auslegung wird der Wirkungsgrad des jeweils verbauten Fahrzeugkatalysators, also des ersten Referenzkatalysators oder des zweiten Referenzkatalysators erfasst, und in Abhängigkeit von der Eingangsgröße des Kennfelds oder den Eingangsgrößen des Kennfelds, insbesondere eines Eingangsvektors, in dem Kennfeld hinterlegt. Insbesondere werden hierbei Minimalwerte erfasst, sodass der erste Referenzwirkungsgrad und der zweite Referenzwirkungsgrad jeweils als Referenzminimalwirkungsgrad vorliegen. Mit der beschriebenen Vorgehensweise wird eine besonders zuverlässige Erkennung des Zustands des Fahrzeugkatalysators ermöglicht.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kennfeld einem zumindest den Stickoxidwert umfassenden Eingangsvektor einen Ausgangsvektor zuordnet, der den ersten Referenzwirkungsgrad, den zweiten Referenzwirkungsgrad und den Katalysatorwirkungsgrad enthält, wobei das Kennfeld, insbesondere hinsichtlich des Katalysatorwirkungsgrads, in der Anwendungsbetriebsart anhand eines den Stickoxidgehalt des Abgases stromabwärts des Fahrzeugkatalysators beschreibenden weiteren Stickoxidwerts angepasst wird. Der Eingangsvektor beschreibt folglich die wenigstens eine Eingangsgröße des Kennfelds und enthält somit zumindest den Stickoxidwert, der den Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators beschreibt.
• Unter Verwendung des Eingangsvektors wird mittels des Kennfelds der Ausgangsvektor bestimmt, der die Ausgangsgrößen des Kennfelds enthält. Im vorliegenden Fall stellen der erste Referenzwirkungsgrad, der zweite Referenzwirkungsgrad und der Katalysatorwirkungsgrad Bestandteile des Ausgangsvektors dar. Um das Kennfeld an den aktuellen Zustand des Fahrzeugkatalysators anzupassen, wird zusätzlich zu dem Stickoxidwert der weitere Stickoxidwert bestimmt. Der weitere Stickoxidwert beschreibt den stromabwärts des Fahrzeugkatalysators vorliegenden Stickoxidgehalt des Abgases, vor seinem Entlassen in die Außenumgebung. Der Stickoxidwert kann auch als erster Stickoxidwert und der weitere Stickoxidwert als zweiter Stickoxidwert bezeichnet werden.
• Vorzugsweise ist es vorgesehen, aus dem ersten Stickoxidwert und dem zweiten Stickoxidwert den für einen bestimmten Eingangsvektor vorliegenden Wirkungsgrad des Fahrzeugkatalysators zu ermitteln und in das Kennfeld einzuschreiben. Hierbei wird das Kennfeld bevorzugt jedoch lediglich hinsichtlich des Katalysatorwirkungsgrads verändert beziehungsweise angepasst, hinsichtlich des ersten Referenzwirkungsgrads und des zweiten Referenzwirkungsgrads bleibt es unverändert. Der erste Referenzwirkungsgrad und der zweite Referenzwirkungsgrad sind insoweit bevorzugt unveränderlich in dem Steuergerät hinterlegt oder werden zumindest während eines Betriebs der Antriebseinrichtung nicht verändert.
• Beispielsweise wird das Kennfeld hinsichtlich des ersten Referenzwirkungsgrads und des zweiten Referenzwirkungsgrads vor oder bei einer Auslieferung der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs festgelegt und bleibt nachfolgend unverändert; eine Anpassung des Kennfelds in dieser Hinsicht kann jedoch selbstverständlich im Rahmen einer Wartung oder eines Softwareupdates des Steuergeräts vorgenommen werden. Das Anpassen des Katalysatorwirkungsgrad erfolgt vorzugsweise periodisch. Insbesondere erfolgt es nach dem Zuordnen des Ausgangsvektors zu dem Eingangsvektor. Ist dies erfolgt, wird der tatsächliche Wirkungsgrad des Katalysators ermittelt, insbesondere anhand des Stickoxidwerts und des weiteren Stickoxidwerts. Unter Verwendung des Wirkungsgrads wird geprüft, ob die Genauigkeit des Kennfelds für den Katalysatorwirkungsgrad verbessert werden kann. Ist dies der Fall, so wird das Kennfeld angepasst, ansonsten bleibt es unverändert.
• Ein Auslesen des Ausgangsvektors aus dem Kennfeld anhand des Eingangsvektors und/oder ein Anpassen des Kennfelds erfolgen insbesondere analog zu der in der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 204 A1 , der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 206 A1 und der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 208 A1 beschriebenen Vorgehensweise. Die Offenbarung der genannten Offenlegungsschriften wird durch Referenz vollständig in die vorliegende Beschreibung eingebunden. Die Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 204 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts für ein Kraftfahrzeug, wobei n-dimensionalen Referenzeingangsvektoren jeweils ein Referenzausgangsvektor zugeordnet ist, aus welchen zu einem n-dimensionalen Eingangsvektor ein Ausgangsvektor ermittelt wird, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden:
1. a. Wiederholen der folgenden Schritte, bis in einem n-dimensionalen Raum um den Eingangsvektor ein Referenzeingangsvektor vorliegt, dessen Abstand zu dem Eingangsvektor einen Schwellenwert unterschreitet, und/oder eine maximale Anzahl an Iterationen erreicht ist:
   1. i. Auswählen wenigstens eines Nachbarvektors aus den Referenzeingangsvektoren,
   2. ii. Ermitteln eines zusätzlichen Referenzeingangsvektors aus dem wenigstens einen Nachbarvektor und Hinzufügen des zusätzlichen Referenzeingangsvektors zu den Referenzeingangsvektoren;
2. b. Auswählen wenigstens eines dem Eingangsvektor am nächsten liegenden Berechnungsvektors aus den Referenzeingangsvektoren und Berechnen des Ausgangsvektors anhand des wenigstens einen ausgewählten Berechnungsvektors.
• Die n-dimensionalen Referenzeingangsvektoren und die Referenzausgangsvektoren definieren das Kennfeld beziehungsweise sind in dem Kennfeld hinterlegt. Der n-dimensionale Eingangsvektor wird von den Eingangsgrößen definiert, wobei jede der Eingangsgrößen eine Dimension des Eingangsvektors darstellt. Im Falle der vorliegend beschriebenen Vorgehensweise liegt also beispielsweise ein eindimensionaler Eingangsvektor vor, der den Stickoxidwert enthält. Der Ausgangsvektor enthält zumindest den ersten Referenzwirkungsgrad, den zweiten Referenzwirkungsgrad und den Katalysatorwirkungsgrad, sodass der Ausgangsvektor in dem vorliegenden Fall mindestens dreidimensional ist.
• Der erste Referenzwirkungsgrad kann auch als erste Diagnosegröße, der Katalysatorwirkungsgrad als zweite Diagnosegröße und der zweite Referenzwirkungsgrad als dritte Diagnosegröße bezeichnet werden. Eine vierte Diagnosegröße wird - optional - von einem mittleren Katalysatorwirkungsgrad gebildet. Dieser Definition folgend umfasst der Ausgangsvektor mindestens die drei Diagnosegrößen, bevorzugt die vier Diagnosegrößen.
• Das Steuergerät der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 204 A1 ist Bestandteil der Antriebseinrichtung und dient insbesondere dem Ansteuern der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Antriebsaggregats. Zumindest führt es während des Betriebs der Antriebseinrichtung das Ermitteln des ersten Referenzwirkungsgrads, des zweiten Referenzwirkungsgrads und des Katalysatorwirkungsgrads durch.
• Bei dem Ermitteln des ersten Referenzwirkungsgrads, des zweiten Referenzwirkungsgrads und des Katalysatorwirkungsgrads wird bevorzugt gemäß dem Anspruch 1 der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 204 A1 vorgegangen, nämlich gemäß den bereits genannten Definitionen. Die Vorgehensweise kann gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10 der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 204 A1 weitergebildet sein. Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Vorgehensweise finden sich in der Beschreibung der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 204 A1 , welche vollständig durch Referenz einbezogen wird. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht eine besonders genaue Ermittlung der Wirkungsgrade und damit des Zustands des Fahrzeugkatalysators.
• Insbesondere ist es in der Anwendungsbetriebsart vorgesehen, mittels des Kennfelds für einen gegebenen Eingangsvektor den Ausgangsvektor und mithin die Wirkungsgrade zu ermitteln. Weiterhin wird ein Istwirkungsgrad aus dem ersten Stickoxidwert und dem zweiten Stickoxidwert bestimmt. Weicht der Istwirkungsgrad von dem Katalysatorwirkungsgrad ab, ist er insbesondere kleiner, so wird das Kennfeld für den Eingangsvektor entsprechend angepasst, nämlich derart, dass es nachfolgend für den gegebenen Eingangsvektor den dem Istwirkungsgrad entsprechenden Katalysatorwirkungsgrad in seinem Ausgangsvektor bereitstellt. Vorzugsweise erfolgt das Anpassen des Kennfelds nur dann, falls der Istwirkungsgrad kleiner ist als der Katalysatorwirkungsgrad.
• Das Anpassen des Kennfelds erfolgt besonders bevorzugt gemäß der in der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 206 A1 erläuterten Vorgehensweise. Diese beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts für ein Kraftfahrzeug, wobei n-dimensionalen Referenzeingangsvektoren jeweils ein Referenzausgangsvektor zugeordnet ist, aus welchen zumindest zu einem n-dimensionalen Eingangsvektor ein Ausgangsvektor ermittelbar ist, und wobei bei Vorliegen eines neuen Referenzeingangsvektors mit dazugehörigem neuen Referenzausgangsvektor folgende Schritte durchgeführt werden:
1. a. Ermitteln eines Einzelfehlers der Referenzeingangsvektoren;
2. b. Zwischenspeichern des Referenzeingangsvektors mit dem kleinsten Einzelfehler und Entfernen dieses Referenzeingangsvektors aus den Referenzeingangsvektoren;
3. c. Berechnen des Ausgangsvektors mit dem neuen Referenzeingangsvektor als Eingangsvektor;
4. d. Ermitteln des Einzelfehlers aus einer Differenz zwischen dem Ausgangsvektor und dem dem neuen Referenzeingangsvektor zugeordneten Referenzausgangsvektor;
5. e. Hinzufügen des entfernten Referenzeingangsvektors zu den Referenzeingangsvektoren;
6. f. Ersetzen des Referenzeingangsvektors mit dem kleinsten Einzelfehler durch den neuen Referenzeingangsvektor, falls der Einzelfehler des neuen Referenzeingangsvektors größer ist als der kleinste Einzelfehler.
• Das Steuergerät entspricht bevorzugt dem zuvor erwähnten Steuergerät. Die n-dimensionalen Referenzeingangsvektoren und die dazugehörigen Referenzausgangsvektoren definieren wiederum das Kennfeld, der Eingangsvektor setzt sich aus der wenigstens einen Eingangsgröße zusammen und der Ausgangsvektor enthält die Wirkungsgrade. Vorzugsweise wird die Adaption des Kennfelds gemäß dem Patentanspruch 1 der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 206 A1 vorgenommen. Die Vorgehensweise kann gemäß einem oder mehreren der Patentansprüche 2 bis 10 der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 206 A1 weitergebildet sein. Zusätzliche vorteilhafte Weiterbildungen sind in der Beschreibung der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 206 A1 enthalten und können jeweils optional ergänzend zur Weiterbildung des beschriebenen Verfahrens herangezogen werden. Der Inhalt der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 206 A1 wird hiermit vollständig durch Referenz in die vorliegende Beschreibung eingebunden.
• Die beschriebene Vorgehensweise dient der Verbesserung des Kennfelds unmittelbar während des Betriebs des Kraftfahrzeugs; es ist also kein Zwischenspeichern von Werten und kein dem Betrieb nachgelagertes Optimieren des Kennfelds notwendig. Vielmehr reicht die Rechenleistung des Steuergeräts vollkommen aus, um sowohl das Ermitteln der Wirkungsgrade als auch die Adaption des Kennfelds vorzunehmen.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einem Betriebsbeginn des Steuergeräts das Kennfeld auf ein fest hinterlegtes Ausgangskennfeld zurückgesetzt wird, wobei in dem Ausgangskennfeld der Ausgangsvektor hinsichtlich des Katalysatorwirkungsgrads dem ersten Referenzwirkungsgrad entspricht. Der Betriebsbeginn des Steuergeräts entspricht insbesondere einem Betriebsbeginn der Antriebseinrichtung. Unter diesem ist zu verstehen, dass die Antriebseinrichtung auf das Bereitstellen des Antriebsdrehmoments vorbereitet wird, beispielsweise durch ein Aktivieren einer Zündung oder dergleichen. Dies ist insbesondere bei aktiviertem Zündungsplus gegeben, also in einem Zustand, in welchem mittels eines Zündschlosses die Zündung der Antriebseinrichtung aktiviert ist. Das Zündungsplus kann auch als Klemme 15 bezeichnet werden.
• Zu Betriebsbeginn des Steuergeräts wird das Kennfeld zurückgesetzt, nämlich auf das Ausgangskennfeld, welches fest hinterlegt ist. Das Ausgangskennfeld wird beispielsweise vor oder bei einer Auslieferung des Kraftfahrzeugs festgelegt und ist insoweit ab Werk definiert. Das Ausgangskennfeld ist während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs vorzugsweise unveränderlich; eine Anpassung des Ausgangskennfeld kann jedoch selbstverständlich im Rahmen der Wartung oder des Softwareupdates stattfinden. Das Ausgangskennfeld kann auch als Referenzkennfeld bezeichnet werden.
• In dem Ausgangskennfeld ist für den Eingangsvektor der Ausgangsvektor hinterlegt, welcher die mehreren Wirkungsgrade umfasst. Die für den Katalysatorwirkungsgrad hinterlegten Werte entsprechend den für den ersten Referenzwirkungsgrad hinterlegten Werten. Nach dem Betriebsbeginn des Steuergeräts und vor dem Anpassen des Kennfelds entspricht also der für einen gegebenen Eingangsvektor aus dem Kennfeld ausgelesen Katalysatorwirkungsgrad dem für denselben Eingangsvektor ausgelesenen ersten Referenzwirkungsgrad. Erst durch das Anpassen des Kennfelds wird der Katalysatorwirkungsgrad an den tatsächlichen Zustand des Fahrzeugkatalysators angeglichen. Hierdurch wird eine hohe Genauigkeit bei dem Ermitteln des Zustands des Fahrzeugkatalysators erzielt.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Kennfeld mehrere Eingangsgrößen aufweist, wobei als Eingangsgrößen zusätzlich zu dem Stickoxidwert wenigstens eine Temperatur, insbesondere eine Katalysatortemperatur und/oder eine Abgastemperatur, und/oder ein Abgasmassenstrom verwendet werden. Der vorstehend beschriebene Eingangsvektor ist insoweit mehrdimensional, da er zusätzlich zu dem Betriebsbeginn wenigstens eine der genannten Größen enthält. Besonders bevorzugt finden mehrere oder sogar alle der genannten Größen Verwendung als Eingangsgröße beziehungsweise im Rahmen des Eingangsvektors.
• Die Katalysatortemperatur ist eine Temperatur des Katalysators, insbesondere eine Temperatur eines Wabenkörpers des Fahrzeugkatalysators. Unter der Abgastemperatur ist die Temperatur des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators zu verstehen, insbesondere unmittelbar stromaufwärts. Der Abgasmassenstrom bezeichnet den Massenstrom des Abgases, welches den Fahrzeugkatalysator durchströmt. Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist das Ermitteln des Zustands des Fahrzeugkatalysators mit hoher Genauigkeit möglich.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass nur dann der Zustand des Fahrzeugkatalysators ermittelt wird, falls eine Validierungsbedingung erfüllt ist, wobei die Validierungsbedingung erfüllt ist, falls der erste Referenzwirkungsgrad, insbesondere unter Berücksichtigung eines Sicherheitsoffsets, größer oder gleich dem zweiten Referenzwirkungsgrad ist. Kürzer ausgedrückt wird der Zustand des Fahrzeugkatalysators nur dann ermittelt, falls der erste Referenzwirkungsgrad größer oder gleich dem zweiten Referenzwirkungsgrad ist, vorzugsweise unter Berücksichtigung des Sicherheitsoffsets. Mithilfe der Validierungsbedingung wird geprüft, ob die von dem Kennfeld gelieferten Werte für die Wirkungsgrade plausibel sind.
• Der Sicherheitsoffset dient dazu, die Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter zu erhöhen. Der Sicherheitsoffset wird vorzugsweise von dem ersten Referenzwirkungsgrad subtrahiert. Ist das Ergebnis der Subtraktion größer oder gleich dem zweiten Referenzwirkungsgrad, so ist die Validierungsbedingung erfüllt. Ist der erste Referenzwirkungsgrad jedoch kleiner als der zweite Referenzwirkungsgrad, insbesondere unter Berücksichtigung des Sicherheitsoffsets, so ist die Validierungsbedingung nicht erfüllt und der Zustand des Fahrzeugkatalysators wird nicht ermittelt. Hierdurch wird die Zuverlässigkeit bei dem Ermitteln des Zustands des Fahrzeugkatalysators noch weiter verbessert.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf einen Fehler des Fahrzeugkatalysators erkannt wird, insbesondere erst nach Berücksichtigung einer Verzögerungszeit, falls der Katalysatorwirkungsgrad kleiner als der erste Referenzwirkungsgrad ist, insbesondere unter Berücksichtigung des Sicherheitsoffsets. Ist die genannte Bedingung erfüllt, so wird davon ausgegangen, dass der Fahrzeugkatalysator den Fehler aufweist. Von dem ersten Referenzwirkungsgrad wird vor dem Vergleich mit dem Katalysatorwirkungsgrad bevorzugt der Sicherheitsoffset abgezogen. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, auf den Fehler des Fahrzeugkatalysators lediglich dann zu erkennen, falls der Katalysatorwirkungsgrad über die gesamte Verzögerungszeit hinweg kleiner ist als der Referenzwirkungsgrad. Die Verzögerungszeit ist beispielsweise fest vorgegeben. Durch ihre Verwendung wird ein hystereseartiges Verhalten erzielt. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht eine zuverlässige Erkennung auf den Zustand des Fahrzeugkatalysators.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass auf eine Funktionsfähigkeit des Fahrzeugkatalysators erkannt wird, insbesondere erst nach Berücksichtigung der Verzögerungszeit, falls der Katalysatorwirkungsgrad mindestens dem ersten Referenzwirkungsgrad entspricht, insbesondere unter Berücksichtigung des Sicherheitsoffsets. Für das Erkennen auf die Funktionsfähigkeit des Fahrzeugkatalysators muss also der Katalysatorwirkungsgrad gleich dem ersten Referenzwirkungsgrad sein oder größer sein als dieser. Hierbei wird bevorzugt der Sicherheitsoffset berücksichtigt, indem er von dem ersten Referenzwirkungsgrad abgezogen wird. Vorzugsweise wird wiederum erst dann auf die Funktionsfähigkeit des Fahrzeugkatalysators erkannt, sofern der Katalysatorwirkungsgrad über die gesamte Verzögerungszeit hinweg dem Referenzwirkungsgrad zumindest entspricht. Hierdurch kann die Ermittlung des Zustands des Fahrzeugkatalysators mit besonders hoher Genauigkeit vorgenommen werden.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der Anwendungsbetriebsart zumindest zeitweise anhand des Stickoxidwerts ein mittlerer Katalysatorwirkungsgrad für den Fahrzeugkatalysator aus dem in dem Steuergerät hinterlegten Kennfeld ausgelesen wird, wobei das Kennfeld in der Anwendungsbetriebsart hinsichtlich des mittleren Katalysatorwirkungsgrads anhand des weiteren Stickoxidwerts auf einen mittleren Wirkungsgrad angepasst wird. Der mittlere Katalysatorwirkungsgrad stellt eine weitere Ausgangsgröße des Kennfelds dar, sodass entsprechend der Ausgangsvektor vierdimensional ist. In dem bereits erwähnten Ausgangskennfeld entspricht der Ausgangsvektor hinsichtlich des mittleren Katalysatorwirkungsgrads bevorzugt dem zweiten Referenzwirkungsgrad. Unmittelbar nach dem Betriebsbeginn des Steuergeräts und vor dem Anpassen des Kennfelds entspricht also für einen gegebenen Eingangsvektor der mittlere Katalysatorwirkungsgrad dem zweiten Referenzwirkungsgrad.
• Auch für den mittleren Katalysatorwirkungsgrad wird das Kennfeld während des Betriebs des Steuergeräts angepasst, nämlich wiederum unter Verwendung des zweiten Stickoxidwerts. Insbesondere ist es hierbei vorgesehen, den mittleren Katalysatorwirkungsgrad anhand der Eingangsgröße beziehungsweise des Eingangsvektors auszulesen. Aus dem mittleren Katalysatorwirkungsgrad und einem aus dem ersten Stickoxidwert und dem zweiten Stickoxidwert berechneten Wirkungsgrad wird durch Mittelwertbildung der mittlere Wirkungsgrad bestimmt. Der mittlere Wirkungsgrad liegt also als Mittelwert des mittleren Katalysatorwirkungsgrads und des gemessenen Wirkungsgrads vor. Dieser mittlere Wirkungsgrad wird zum Anpassen des Kennfelds verwendet, insbesondere wird er anstelle des mittleren Katalysatorwirkungsgrads in das Kennfeld eingeschrieben.
• Vorzugsweise wird nur dann auf die Funktionsfähigkeit des Fahrzeugkatalysators erkannt, falls der mittlere Katalysatorwirkungsgrad größer als der zweite Referenzwirkungsgrad ist, insbesondere über die Verzögerungszeit hinweg. Hierdurch wird eine weitere Verbesserung der Genauigkeit bei dem Ermitteln des Zustands des Fahrzeugkatalysators erreicht, sodass sichergestellt ist, dass der Fahrzeugkatalysator tatsächlich betriebsbereit ist, sofern dies anhand der Wirkungsgrade festgestellt wird.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Kennfeld zusätzlich ein erster Referenznominalwirkungsgrad für den ersten Referenzkatalysator hinterlegt ist. Unter dem Referenznominalwirkungsgrad ist der nominal für den Eingangsvektor vorliegende Wirkungsgrad des ersten Referenzkatalysators zu verstehen. Anders als bei dem Referenzwirkungsgrad ist in dem Kennfeld also kein minimaler Wirkungsgrad für den Eingangsvektor hinterlegt, sondern der tatsächlich auftretende.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der Anwendungsbetriebsart der erste Referenzwirkungsgrad eine erste Diagnosegröße, der Katalysatorwirkungsgrad eine zweite Diagnosegröße und der zweite Referenzwirkungsgrad eine dritte Diagnosegröße darstellen, wobei der Ausgangsvektor die erste Diagnosegröße, die zweite Diagnosegröße und die dritte Diagnosegröße umfasst. Zusätzlich umfasst der Ausgangsvektor vorzugsweise den mittleren Katalysatorwirkungsgrad als vierte Diagnosegröße. Die Ausführungen für das Auslesen und Anpassen des Kennfelds im Rahmen dieser Beschreibung sind insbesondere unter Heranziehung dieser Definition zu verstehen.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in einer ersten Applikationsbetriebsart der erste Referenznominalwirkungsgrad als erste Diagnosegröße, zweite Diagnosegröße und dritte Diagnosegröße verwendet wird; in einer zweiten Applikationsbetriebsart der erste Referenzwirkungsgrad als erste Diagnosegröße, zweite Diagnosegröße und dritte Diagnosegröße verwendet wird; und in einer dritten Applikationsbetriebsart der erste Referenzwirkungsgrad als erste Diagnosegröße und als zweite Diagnosegröße sowie der erste Referenzwirkungsgrad als dritte Diagnosegröße verwendet werden. Bevorzugt wird als optionale vierte Diagnosegröße in der ersten Applikationsbetriebsart der erste Referenznominalwirkungsgrad verwendet, in der zweiten Applikationsbetriebsart der erste Referenzwirkungsgrad; und in der dritten Applikationsbetriebsart der zweite Referenzwirkungsgrad.
• Wenigstens eine der genannten Applikationsbetriebsarten, vorzugsweise mehrere oder alle der genannten Applikationsbetriebsarten, kommen während einer Applikation des Fahrzeugkatalysators zur Anwendung. Die Applikation erfolgt im Rahmen einer Auslegung des Fahrzeugkatalysators. Vorzugsweise wird zunächst der erste Referenzkatalysator verbaut und die erste Applikationsbetriebsart und die zweite Applikationsbetriebsart durchgeführt. Anschließend wird der zweite Referenzkatalysator verbaut und die dritte Applikationsbetriebsart durchgeführt.
• Zur Adaption des Kennfelds wird in der ersten Applikationsbetriebsart vorzugsweise wie folgt vorgegangen: Zunächst wird für den Eingangsvektor der Ausgangsvektor bestimmt. Entspricht der Eingangsvektor einem der Referenzeingangsvektoren des Kennfelds innerhalb einer bestimmten Toleranz, so wird der dem Referenzeingangsvektor zugeordnete Referenzausgangsvektor angepasst, nämlich indem der Referenzausgangsvektor gleich einem Mittelwert von Referenzausgangsvektor und Istwirkungsgrad gesetzt wird.
• Entspricht der Eingangsvektor keinem der Referenzeingangsvektoren des Kennfelds innerhalb der bestimmten Toleranz, so wird geprüft, ob die Anzahl der Referenzeingangsvektoren kleiner als eine festgelegte Maximalanzahl ist. Ist dies der Fall, so wird der Eingangsvektor mitsamt dem den Istwirkungsgrad als Diagnosegrößen enthaltenden Ausgangsvektor dem Kennfeld als zusätzlicher Referenzeingangsvektor mit zugehörigem Referenzausgangsvektor hinzugefügt. Entspricht die Anzahl der Referenzeingangsvektoren jedoch bereits der Maximalanzahl, so wird das Verfahren nach Anspruch 1 der Offenlegungsschrift DE 10 2020 111 206 A1 angewandt.
• In der zweiten Applikationsbetriebsart und der dritten Applikationsbetriebsart wird vorzugsweise wie folgt vorgegangen: Zunächst wird für den Eingangsvektor der Ausgangsvektor bestimmt. Entspricht der Eingangsvektor einem der Referenzeingangsvektoren des Kennfelds innerhalb einer bestimmten Toleranz, so wird der dem Referenzeingangsvektor zugeordnete Referenzausgangsvektor angepasst, nämlich indem der Referenzausgangsvektor gleich einem Minimum von Referenzausgangsvektor und Istwirkungsgrad, also dem kleineren der beiden Werte, gesetzt wird. Zusätzlich oder alternativ wird diese Vorgehensweise auch in der Anwendungsbetriebsart durchgeführt.
• Die Erfindung betrifft weiterhin ein Steuergerät für eine Antriebseinrichtung, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Antriebseinrichtung über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und wenigstens einen als SCR-Katalysator ausgestalteten Fahrzeugkatalysator zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, und wobei die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, zumindest zeitweise stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators dem Abgas ein Reduktionsmittel beizumengen und einen den Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators beschreibenden Stickoxidwert zu bestimmen.
• Dabei ist das Steuergerät weiter dazu vorgesehen und ausgestaltet, in einer Anwendungsbetriebsart zumindest zeitweise anhand des Stickoxidwerts einen ersten Referenzwirkungsgrad für einen ersten Referenzkatalysator, einen zweiten Referenzwirkungsgrad für einen zweiten Referenzkatalysator und einen Katalysatorwirkungsgrad für den Fahrzeugkatalysator aus einem in dem Steuergerät hinterlegten Kennfeld auszulesen sowie aus dem ersten Referenzwirkungsgrad, dem zweiten Referenzwirkungsgrad und dem Katalysatorwirkungsgrad einen Zustand des Fahrzeugkatalysators zu ermitteln.
• Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Steuergeräts sowie einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Steuergerät als auch das Verfahren zu seinem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
• Die Erfindung betrifft selbst verständlich auch ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Antriebseinrichtung über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und wenigstens einen als SCR-Katalysator ausgestalteten Fahrzeugkatalysator zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, wobei zumindest zeitweise stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators dem Abgas ein Reduktionsmittel beigemengt und ein den Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators beschreibender Stickoxidwert bestimmt wird.
• Dabei ist vorgesehen, dass in einer Anwendungsbetriebsart zumindest zeitweise anhand des Stickoxidwerts ein erster Referenzwirkungsgrad für einen ersten Referenzkatalysator, ein zweiter Referenzwirkungsgrad für einen zweiten Referenzkatalysator und ein Katalysatorwirkungsgrad für den Fahrzeugkatalysator aus einem in dem Steuergerät hinterlegten Kennfeld ausgelesen werden sowie aus dem ersten Referenzwirkungsgrad, dem zweiten Referenzwirkungsgrad und dem Katalysatorwirkungsgrad ein Zustand des Fahrzeugkatalysators ermittelt wird
• Ebenfalls betrifft die Erfindung eine Antriebseinrichtung zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens. Da die Antriebseinrichtung bevorzugt als Bestandteil des Kraftfahrzeugs verwendet wird, betrifft die Erfindung zudem ein Verfahren zum Betreiben eines die Antriebseinrichtung aufweisenden Kraftfahrzeugs sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug.
• 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 zeigt die einzige
• 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug.
• Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung 1 weist ein hier nicht dargestelltes Antriebsaggregat auf, welches während seines Betriebs Abgas erzeugt, das über eine Abgasleitung 2 in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung 1 abgeführt wird. In der Abgasleitung 2 liegt eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 vor, die in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wenigstens einen als SCR-Katalysator ausgestalteten Fahrzeugkatalysator 4 sowie einen - optionalen - weiteren Fahrzeugkatalysator 5 aufweist.
• Stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators 4 liegt ein erster Stickoxidsensor 6 und stromabwärts des Fahrzeugkatalysators 4 ein zweiter Stickoxidsensors 7 vor. Mittels des ersten Stickoxidsensors 6 wird ein den Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators 4 beschreibender erster Stickoxidwert und mittels des zweiten Stickoxidsensors 7 ein den Stickoxidgehalt des Abgases stromabwärts des Fahrzeugkatalysators 4 beschreibender zweiter Stickoxidwert gemessen. Der erste Stickoxidsensor 6 kann in einer alternativen Ausführungsform entfallen. In diesem Fall wird der erste Stickoxidwert mittels eines Modells bestimmt. Das gleiche gilt für den zweiten Stickoxidsensor 7.
• Beispielsweise ist der erste Stickoxidsensor 6 strömungstechnisch zwischen dem Fahrzeugkatalysator 4 und dem weiteren Fahrzeugkatalysator 5 angeordnet. Strömungstechnisch zwischen dem ersten Stickoxidsensor 6 und dem Fahrzeugkatalysator 4 liegt eine Einbringstelle 8 vor, an welcher mittels eines Injektors 9 ein Reduktionsmittel in das Abgas einbringbar ist, nämlich stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators 4. Um einen Durchbruch des Reduktionsmittels durch den Fahrzeugkatalysator 4 festzustellen, kann stromabwärts von diesem ein Reduktionsmittelsensor 10 angeordnet sein. Dieser ist jedoch optional.
• Die beiden Stickoxidsensoren 6 und 7 sind an eine Auswerteeinheit 11 angeschlossen, welche zumindest den ersten Stickoxidwert einem Eingang 12 eines Steuergeräts 13 zuführt. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel werden dem Eingang 12 des Steuergeräts 13 zusätzlich zu dem ersten Stickoxidwert eine Temperatur, insbesondere eine Katalysatortemperatur des Fahrzeugkatalysators 4 und/oder eine Abgastemperatur, und/oder ein Abgasmassenstrom des Abgases zugeführt. Die über den Eingang 12 zugeführten Eingangsgrößen werden mittels eines Tiefpassfilters 14 gefiltert, an welchem ein bestimmte Filterparameter einstellbar ist. Dies ist durch den Pfeil 15 angedeutet.
• Die tiefpassgefilterten Eingangsgrößen werden einer Berechnungseinheit 16 zugeführt, die unter Verwendung eines Kennfelds 2 17 aus den einen Eingangsvektor bildenden Eingangsgrößen einen Ausgangsvektor 18 ermittelt. Der Ausgangsvektor wird an eine Berechnungseinheit 19 übermittelt, die aus ihm beziehungsweise die in dem Ausgangsvektor enthaltenen Größen einen Zustand des Fahrzeugkatalysators 4 ermittelt und an einem Ausgang 20 bereitstellt. Aus dem ersten Stickoxidwert und dem zweiten Stickoxidwert wird ein Wirkungsgrad des Fahrzeugkatalysators 4 ermittelt und über einen Eingang 21 dem Steuergerät 13 zugeführt. Eine Berechnungseinheit 22 führt anhand des Wirkungsgrads und des Eingangsvektors eine Adaption des Kennfelds 17 durch, sodass die in diesem vorgehaltenen Daten optimiert werden.
• In einer während eines bestimmungsgemäßen Betriebs der Antriebseinrichtung 1 verwendeten Anwendungsbetriebsart enthält der an dem Eingang 12 vorliegende Eingangsvektor den ersten Stickoxidwert, die Temperatur und den Abgasmassenstrom. Aus dem Eingangsvektor wird unter Verwendung des Kennfelds 17 in der Berechnungseinheit 16 der Ausgangsvektor ermittelt. In der Anwendungsbetriebsart enthält dieser einen ersten Referenzwirkungsgrad für einen ersten Referenzkatalysator, einen Katalysatorwirkungsgrad des Fahrzeugkatalysators 4, einen zweiten Referenzwirkungsgrad für einen zweiten Referenzkatalysator sowie einen mittleren Katalysatorwirkungsgrad für den Fahrzeugkatalysator 4. Der erste Referenzwirkungsgrad ist hierbei eine erste Diagnosegröße, der Katalysatorwirkungsgrad eine zweite Diagnosegröße, der zweite Referenzwirkungsgrad eine dritte Diagnosegröße und der mittlere Katalysatorwirkungsgrad eine vierte Diagnosegröße. Die vier Diagnosegrößen sind in dem Ausgangsvektor 18 angedeutet.
• Durch eine Auswertung der vier Diagnosegrößen bestimmt die Berechnungseinheit 19 den Zustand des Fahrzeugkatalysators 4 und gibt diesen an dem Ausgang 20 aus. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Steuergerät 13 in Abhängigkeit von dem Zustand des Fahrzeugkatalysators 4 ein Fehlersignal ausgibt. Beispielsweise wird das Fehlersignal ausgegeben, sofern der Zustand des Fahrzeugkatalysators 4 auf einen Defekt beziehungsweise eine Fehlfunktion des Fahrzeugkatalysators 4 hindeutet. Anderenfalls unterbleibt bevorzugt das Ausgeben des Fehlersignals.
• Beispielsweise ist es vorgesehen, die Antriebseinrichtung 1 in Abhängigkeit von dem Zustand des Fahrzeugkatalysators 4 zu betreiben. Bevorzugt ist es vorgesehen, bei einem auf den Defekt beziehungsweise die Fehlfunktion des Fahrzeugkatalysators 4 hinweisenden Zustand die Antriebseinrichtung 1 zu deaktivieren oder zumindest eine maximal abrufbare Leistung zu reduzieren, sodass diese kleiner ist als eine Nennleistung der Antriebseinrichtung 1. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass auch bei einer Fehlfunktion des Fahrzeugkatalysators 4 ein Austreten von Schadstoffen in die Außenumgebung zuverlässig unterbunden wird.
• BEZUGSZEICHENLISTE:

1

Antriebseinrichtung

2

Abgasleitung

3

Abgasnachbehandlungseinrichtung

4

Fahrzeugkatalysator

5

weiterer Fahrzeugkatalysator

6

1. Stickoxidsensor

7

2. Stickoxidsensor

8

Einbringungsstelle

9

Injektor

10

Reduktionsmittelsensor

11

Auswerteeinheit

12

Eingang

13

Steuergerät

14

Tiefpassfilter

15

Pfeil

16

Berechnungseinheit

17

Kennfeld

18

Ausgangsvektor

19

Berechnungseinheit

20

Ausgang

21

Eingang

22

Berechnungseinheit

Claims (10)

1. Verfahren zum Betreiben eines Steuergeräts (13) für eine Antriebseinrichtung (1), die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und wenigstens einen als SCR-Katalysator ausgestalteten Fahrzeugkatalysator (4) zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, wobei zumindest zeitweise stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators (4) dem Abgas ein Reduktionsmittel beigemengt und ein den Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators (4) beschreibender Stickoxidwert bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Anwendungsbetriebsart zumindest zeitweise anhand des Stickoxidwerts ein erster Referenzwirkungsgrad für einen ersten Referenzkatalysator, ein zweiter Referenzwirkungsgrad für einen zweiten Referenzkatalysator und ein Katalysatorwirkungsgrad für den Fahrzeugkatalysator (4) aus einem in dem Steuergerät (13) hinterlegten Kennfeld (17) ausgelesen werden sowie aus dem ersten Referenzwirkungsgrad, dem zweiten Referenzwirkungsgrad und dem Katalysatorwirkungsgrad ein Zustand des Fahrzeugkatalysators (4) ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erster Referenzkatalysator und als zweiter Referenzkatalysator Fahrzeugkatalysatoren mit unterschiedlichen Wirkungsgraden verwendet werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld (17) einem zumindest den Stickoxidwert umfassenden Eingangsvektor einen Ausgangsvektor zuordnet, der den ersten Referenzwirkungsgrad, den zweiten Referenzwirkungsgrad und den Katalysatorwirkungsgrad enthält, wobei das Kennfeld (17) in der Anwendungsbetriebsart anhand eines den Stickoxidgehalt des Abgases stromabwärts des Fahrzeugkatalysators (4) beschreibenden weiteren Stickoxidwerts angepasst wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Betriebsbeginn des Steuergeräts (13) das Kennfeld (17) auf ein fest hinterlegtes Ausgangskennfeld zurückgesetzt wird, wobei in dem Ausgangskennfeld der Ausgangsvektor hinsichtlich des Katalysatorwirkungsgrads dem ersten Referenzwirkungsgrad entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kennfeld (17) mehrere Eingangsgrößen aufweist, wobei als Eingangsgrößen zusätzlich zu dem Stickoxidwert wenigstens eine Temperatur und/oder ein Abgasmassenstrom verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur dann der Zustand des Fahrzeugkatalysators (4) ermittelt wird, falls eine Validierungsbedingung erfüllt ist, wobei die Validierungsbedingung erfüllt ist, falls der erste Referenzwirkungsgrad größer oder gleich dem zweiten Referenzwirkungsgrad ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Fehler des Fahrzeugkatalysators (4) erkannt wird, falls der Katalysatorwirkungsgrad kleiner als der erste Referenzwirkungsgrad ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Funktionsfähigkeit des Fahrzeugkatalysators (4) erkannt wird, falls der Katalysatorwirkungsgrad mindestens dem ersten Referenzwirkungsgrad entspricht.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Anwendungsbetriebsart zumindest zeitweise anhand des Stickoxidwerts ein mittlerer Katalysatorwirkungsgrad für den Fahrzeugkatalysator (4) aus dem in dem Steuergerät (13) hinterlegten Kennfeld (17) ausgelesen wird, wobei das Kennfeld (17) in der Anwendungsbetriebsart hinsichtlich des mittleren Katalysatorwirkungsgrads anhand des weiteren Stickoxidwerts auf einen mittleren Wirkungsgrad angepasst wird.
10. Steuergerät (13) für eine Antriebseinrichtung (1), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung (1) über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und wenigstens einen als SCR-Katalysator ausgestalteten Fahrzeugkatalysator (4) zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, und wobei die Antriebseinrichtung (1) dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, zumindest zeitweise stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators (4) dem Abgas ein Reduktionsmittel beizumengen und einen den Stickoxidgehalt des Abgases stromaufwärts des Fahrzeugkatalysators (4) beschreibenden Stickoxidwert zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (13) weiter dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, in einer Anwendungsbetriebsart zumindest zeitweise anhand des Stickoxidwerts einen ersten Referenzwirkungsgrad für einen ersten Referenzkatalysator, einen zweiten Referenzwirkungsgrad für einen zweiten Referenzkatalysator und einen Katalysatorwirkungsgrad für den Fahrzeugkatalysator (4) aus einem in dem Steuergerät (13) hinterlegten Kennfeld auszulesen sowie aus dem ersten Referenzwirkungsgrad, dem zweiten Referenzwirkungsgrad und dem Katalysatorwirkungsgrad einen Zustand des Fahrzeugkatalysators (4) zu ermitteln.

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