EP4295023A1 - Detektion eines abbrands in einer sauganlage - Google Patents

Detektion eines abbrands in einer sauganlage

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EP4295023A1
EP4295023A1 EP22701378.6A EP22701378A EP4295023A1 EP 4295023 A1 EP4295023 A1 EP 4295023A1 EP 22701378 A EP22701378 A EP 22701378A EP 4295023 A1 EP4295023 A1 EP 4295023A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
determined
vehicle drive
engine
intake system
value
Prior art date
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Pending
Application number
EP22701378.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin RANZMAIER
Daniel Alberer
Bernhard Ramsebner
Andreas Leyrer
Andreas Kerschbaummayr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP4295023A1 publication Critical patent/EP4295023A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/22—Safety or indicating devices for abnormal conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1456—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with sensor output signal being linear or quasi-linear with the concentration of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F02D41/1458—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio with determination means using an estimation

Definitions

  • the invention relates to a method for diagnosing a state and/or control of an internal combustion engine, in particular for detecting and/or determining a burn-off, in particular a soot burn-off, in an intake system of the internal combustion engine, as well as a control means for carrying out such a method and a vehicle drive with an internal combustion engine, an intake system, an exhaust system and such a detection means.
  • the relative engine charge is determined in modern engine control devices or engine routines as a function of operating states, which do not reflect the changed conditions during combustion - taking into account load cases, operating and/or environmental conditions, but still based on regular operation.
  • the relative engine filling can often not be determined with sufficient accuracy in the event of a burn-up.
  • a method for diagnosing and/or controlling a vehicle drive which has at least one internal combustion engine, an air collector and an exhaust gas duct.
  • the vehicle drive has exhaust gas recirculation, in particular from the exhaust gas duct to the air collector.
  • the method is carried out to detect and/or determine a burn-off in the intake system and has one, several or all of the following method steps, which can be carried out in the specified order or in another suitable order:
  • the difference is determined by a difference between the theoretical combustion air ratio and the measured combustion air ratio.
  • the difference quantity can, for example, also specify a size ratio of the theoretically determined and measured combustion air ratio to one another and/or an absolute or relative difference value of the two determined combustion air ratios.
  • the theoretical and/or the measured combustion air ratio represents in particular an excess of fuel or an excess of oxygen in a fuel-air mixture, based on a stoichiometric ratio (in particular of 1) at which all of the fuel and all of the oxygen in the mixture are completely combined react so that after ignition neither excess fuel nor oxygen remains or is detectable in the exhaust gases.
  • the determined value of the differential variable can be used to detect whether burn-off is taking place in the intake system, in particular by storing for certain values of the differential variable, for example in a lookup table of a control means of the vehicle drive, that this value is for a possibly characterized in more detail in the lookup table, burnup is representative, or indicates that there is no relevant burnup.
  • a control device in particular a detection and/or determination device, for detecting and/or determining erosion in an intake system of an internal combustion engine is disclosed, which is set up to carry out a method according to an embodiment of the invention.
  • a vehicle drive comprising an internal combustion engine, an intake system and an exhaust system is disclosed. The vehicle drive has a control means according to an embodiment of the invention.
  • the vehicle drive also has an exhaust gas recirculation line, which is set up to connect the exhaust system to the intake system in a gas-carrying manner.
  • the invention and the associated possibility of detecting burn-up during regular operation of the internal combustion engine is particularly helpful. This is because the recirculated exhaust gas can reach significantly higher temperatures than the compressed but cooled fresh air that is supplied, even if the recirculated exhaust gas has passed through an EGR cooler.
  • EGR exhaust gas recirculation
  • the air collector of the intake system - into which the EGR line flows - is often made of a plastic material, which is why under very unfavorable operating conditions, for example with high ambient temperatures and a permanent full load of the internal combustion engine, leaks, for example due to the temperature input of the recirculated exhaust gases and an associated Soot burn-off in a plastic air collector Leaks can occur, especially if there is already a certain amount of sooting in the most heavily used wall sections.
  • the invention is based, among other things, on the consideration that the relative engine charge is a central input variable for many engine functions.
  • An exact determination of the engine filling is of central importance, especially for diagnosing the air system (e.g. when detecting leaks).
  • the temperature of the mass flow drawn in by the engine e.g. fresh air including any EGR
  • deposits e.g. soot
  • This energy input is included in the calculation not taken into account, which greatly falsifies the calculated engine filling in the event of a burn-up.
  • the invention is now based, among other things, on the idea of taking into account the temperature increase in the event of a burn-off in the intake system, in particular a soot burn-off, as follows:
  • the lambda value of the exhaust gas (i.e. the measured combustion air ratio) is measured with the help of a lambda probe, especially in the exhaust gas duct after the turbocharger.
  • the measured lambda value takes into account the amount of fuel burned and any deposits that may have burned off in the intake system.
  • a theoretical lambda value i.e. theoretical air/fuel ratio
  • a theoretical lambda value can be calculated using the injected fuel quantity and the intake fresh air mass (based on the fresh air mass meter), in particular using operating models of the vehicle drive.
  • both lambda values - the measured and the calculated one - are the same; at least apart from model and/or sensor inaccuracies.
  • the control means predetermines up to which relative and/or absolute difference (e.g. in the sense of a predefined threshold value) between the calculated and the measured lambda value no combustion, but a measurement deviation or the like is interpreted and is thus detected.
  • the lambda values are not equal (and deviate from each other by more than the threshold value); the difference can be converted into a theoretical (e.g. soot) amount burned off. From this, a heat output can be determined, which is taken into account in an, in particular model-based, temperature calculation of the intake mass flow. This significantly increases the accuracy of the calculation of the engine filling in the event of a burn-up.
  • burn-off in the intake system is detected when the difference variable shows and/or a particularly relevant deviation between the theoretically determined value and the measured value
  • regular operation in the intake system is detected if the difference variable shows no or no relevant deviation between the theoretically determined and the measured value.
  • the influence of combustion on the real lambda value of the exhaust gases in the exhaust gas duct which is not stored in the operating models of the internal combustion engine and/or the vehicle drive, can be detected, and in particular its difference to the model-based, i.e. theoretical, determined lambda value.
  • Controlled operation is to be understood in particular as meaning that operation takes place at least essentially in the way that is modeled for this operating state with regard to the model variables used, in particular also the combustion air ratio, in the operating models of the vehicle drive.
  • the differential variable indicates a burnup when the theoretical combustion air ratio results in leaner operation than the measured combustion air ratio.
  • the theoretical air/fuel ratio is determined by a model-based calculation, which includes assumptions stored in the model about relationships between a temperature in the air collector and a composition of the exhaust gases from combustion during regular operation of the internal combustion engine in a specific operating state.
  • a combustion quantity is determined as a function of a determined value of the difference variable.
  • the amount burned can be calculated directly from the difference between the two lambda values.
  • suitable substitute reactions for adjusting an engine filling can be selected and/or taken directly or indirectly, for example opening the EGR valve, whereby the air plenum is filled with inert gas, the possible fire is deprived of oxygen and the fire is extinguished becomes.
  • a heating capacity in the air collector is determined as a function of a determined value of the differential variable and/or a determined combustion quantity.
  • the heat output can be calculated directly using the calorific value and the amount burned.
  • an assumption about the calorific value may be necessary. Since the exact composition of the fuel is not known in the exemplary embodiment, pure carbon is assumed here, which is sufficient in relation to the accuracy required.
  • suitable substitute reactions for adapting an engine charge can be selected and/or taken directly or indirectly.
  • a danger threshold which can be stored, for example, in the engine control system, in particular in the detection means
  • an instruction to the driver to stop immediately and/or switch off can be given, for example the internal combustion engine take place.
  • a temperature in particular a temperature increase compared to a model-based temperature value for the operating state of the internal combustion engine under consideration, determined in the air collector.
  • the temperature increase can be calculated directly with the help of the air mass flow.
  • suitable substitute reactions for adapting an engine charge can be selected and/or taken directly or indirectly.
  • a suitability and/or a scope of required substitute reactions for the adaptation can be determined and/or the corresponding substitute reactions can be taken to the required extent.
  • a substitute reaction for adapting an engine charge is selected and/or taken as a function of a determined value of the difference variable or a variable determined as a function thereof.
  • the intake system 4 has a fresh air duct 8 , a charge air cooler 10 , a throttle valve 12 and an air collector 14 .
  • the high-pressure compressor and the high-pressure turbine of the exhaust gas turbocharger 22 can each be bypassed by means of a switchable bypass.
  • a temperature sensor for measuring a pre-throttle temperature T21 in the fresh air duct is arranged between the intercooler 10 and the throttle valve 12 .
  • a pressure sensor for measuring a boost pressure p22 is arranged in the air collector 14.
  • the method is carried out again at time t n after a predetermined time interval At has elapsed.
  • T-nAGR EGR mixture temperature hs measured fuel-air ratio lt theoretical, model-based determined fuel-air ratio

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Fahrzeugantriebs, aufweisend zumindest die Verfahrensschritte Ermitteln eines theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses der Brennkraftmaschine, Ermitteln eines gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses in der Abgasführung. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuermittel zum Detektieren und/oder Bestimmen eines Abbrands in einer Sauganlage einer Brennkraftmaschine, das dazu eingerichtet ist, ein solches Verfahren durchzuführen, sowie einen Fahrzeug- antrieb, aufweisend eine Brennkraftmaschine, eine Sauganlage, eine Abgasanlage und ein solches Steuermittel.

Description

Detektion eines Abbrands in einer Sauganlage
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Zustands und/oder Steue rung einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Detektion und/oder Bestimmung eines Abbrands, insbesondere eines Rußabbrands, in einer Sauganlage der Brennkraftmaschine, sowie ein Steuermittel zur Durchführung eines solchen Ver fahrens und einen Fahrzeugantrieb mit einer Brennkraftmaschine, einer Sauganlage, einer Abgasanlage und einem solchen Detektionsmittel.
Eine Diagnose von auftretenden Leckagen ist eine wünschenswerte Funktionalität eines modernen Fahrzeugantriebs. Allerdings ist eine derartige Diagnose unter an derem nur dann mit einer hohen Zuverlässigkeit möglich, wenn das Diagnosemittel auf Basis einer korrekten Erfassung bzw. Berechnung einer relativen Motorfüllung (je nach Motortyp auch als Liefergrad und/oder Luftaufwand bezeichnet) arbeitet.
Typischerweise wird die relative Motorfüllung in modernen Motorsteuergeräten bzw. -routinen in Abhängigkeit von Betriebszuständen ermittelt, die - zwar unter Berücksichtigung von Lastfällen, Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen, aber dennoch orientiert an einem Regelbetrieb - die veränderten Gegebenheiten bei ei nem Abbrand nicht wiederspiegeln. Somit kann die relative Motorfüllung bei einem Abbrand häufig nicht ausreichend genau ermittelt werden. Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung einer Brennkraftmaschine zu verbessern, und insbesondere ein Verfahren zur Detektion und/oder Bestimmung eines Abbrands in einer Sauganlage der Brennkraftmaschine bereitzustellen bzw. zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen Anspruch 1 , ein Detektionsmittel mit den Merkmalen von Anspruch 10 und einen Fahrzeugantrieb mit den Merkmalen von Anspruch 11. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteil hafte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung eines Fahrzeugantriebs offenbart, der zumindest eine Brennkraftmaschine, einen Luft sammler und eine Abgasführung aufweist. Insbesondere weist der Fahrzeugantrieb eine Abgasrückführung auf, insbesondere von der Abgasführung hin zu dem Luft sammler.
Das Verfahren wird gemäß einer Ausführung zur Detektion und/oder Bestimmung eines Abbrands in der Sauganlage durchgeführt, und weist einen, mehrere oder alle der folgenden Verfahrensschritte auf, die in der angegebenen oder einer ande ren geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden können:
(i) Bestimmen eines Betriebszustands des Fahrzeugantriebs, der insbesondere de finiert ist durch einen Lastfall der Brennkraftmaschine und/oder vorliegende Be- triebs- und/oder Umgebungsbedingungen.
(ii) Ermitteln eines theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses der Brennkraftma schine, insbesondere für den bestimmten Betriebszustand.
(iii) Ermitteln eines gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses in der Abgasfüh rung, insbesondere mittels einer dort angeordneten Lambdasonde. (iv) Ermitteln einer Unterschiedsgröße des theoretischen Verbrennungsluftverhält nisses und des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses zueinander, insbeson dere für einen bestimmten Zeitpunkt und/oder den ermittelten Betriebszustand. Ins besondere ist die Unterschiedsgröße bestimmt durch einen Differenzwert zwischen dem theoretischen Verbrennungsluftverhältnis und dem gemessenen Verbren nungsluftverhältnis. Die Unterschiedsgröße kann aber beispielsweise auch ein Grö ßenverhältnis des theoretisch ermittelten und des gemessenen Verbrennungsluft verhältnisses zueinander und/oder einen absoluten oder relativen Differenzwert der beiden ermittelten Verbrennungsluftverhältnisse angeben. Das theoretische und/oder das gemessene Verbrennungsluftverhältnis repräsen tiert insbesondere einen Kraftstoff- oder einen Sauerstoffüberschuss in einem Kraftstoff-Luft-Gemisch, bezogen auf ein stöchiometrisches Verhältnis (insbeson dere von 1), bei welchem der gesamte Kraftstoff und der gesamte Sauerstoff des Gemischs vollständig miteinander reagieren, sodass nach einer Zündung weder ein Kraftstoff- noch Sauerstoffüberschuss in den Abgasen verbleibt bzw. nachweisbar ist.
Anhand des ermittelten Wertes der Unterschiedsgröße kann detektiert werden, ob ein Abbrand in der Sauganlage stattfindet, insbesondere indem zu bestimmten Werten der Unterschiedsgröße, beispielsweise in einer Lookup-Tabelle eines Steu- ermittels des Fahrzeugantriebs, hinterlegt wird, dass dieser Wert für einen, ggf. in der Lookup-Tabelle detaillierter charakterisierten, Abbrand repräsentativ ist, oder anzeigt, dass kein relevanter Abbrand vorliegt.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Steuermittel, insbesondere ein Detektions und/oder Bestimmungsmittel, zum Detektieren und/oder Bestimmen eines Ab- brands in einer Sauganlage einer Brennkraftmaschine offenbart, das dazu einge richtet ist, ein Verfahren gemäß einer Ausführung der Erfindung durchzuführen. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeugantrieb, aufweisend eine Brenn kraftmaschine, eine Sauganlage und eine Abgasanlage, offenbart. Der Fahrzeug antrieb weist ein Steuermittel gemäß einer Ausführung der Erfindung auf.
Gemäß einer Ausführung weist der Fahrzeugantrieb zusätzlich eine Abgasrückführ- Leitung auf, welche dazu eingerichtet ist, die Abgasanlage mit der Sauganlage ab gasführend zu verbinden.
Für Fahrzeugantriebe, bei denen eine Abgasrückführung (AGR) vorgesehen ist, ist die Erfindung und die damit verbundene Möglichkeit einer Detektion von Abbrand im Regelbetrieb der Brennkraftmaschine besonders hilfreich. Denn das rückge- führte Abgas kann deutlich höhere Temperaturen erreichen als die komprimierte, aber gekühlt zugeführte, Frischluft, auch wenn die rückgeführten Abgase einen AGR-Kühler durchlaufen haben.
Häufig ist der Luftsammler der Sauganlage - in den die AGR-Leitung mündet - mit einem Kunststoffwerkstoff ausgebildet, weshalb bei sehr ungünstigen Betriebsbedingungen, beispielsweise mit hohen Umgebungstemperaturen und einer dauerhaften Volllast der Brennkraftmaschine, Leckagen, beispielsweise durch den Temperatureintrag der rückgeführten Abgase und einen damit verbundenen Rußabbrand in einem Kunststoff-Luftsammler Leckagen auftreten können, insbesondere wenn bereits eine gewisse Versottung der am stärksten belasteten Wandpartien vorliegt.
Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass die relative Motorfüllung ist eine zentrale Eingangsgröße für viele Motorfunktionen ist. Insbesondere zur Diagnose des Luftsystems (z.B. bei einer Erkennung von Leckagen) ist eine exakte Bestimmung der Motorfüllung von zentraler Bedeutung. Zur Berechnung der Motorfüllung ist die Temperatur des vom Motor angesaugten Massenstroms (beispielsweise Frischluft inkl. eventueller AGR) notwendig. Falls es in der Sauganlage zum Abbrand von Ablagerungen kommt (z.B. Ruß), erhöht sich die Temperatur darin sehr stark. Dieser Energieeintrag wird in der Berechnung nicht berücksichtigt, was die berechnete Motorfüllung im Falle eines Abbrandes stark verfälscht.
Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, die Temperaturerhöhung bei einem Abbrand in der Sauganlage, insbesondere einem Rußabbrand, folgender- maßen zu berücksichtigen:
Der Lambdawert des Abgases (i.e. das gemessene Verbrennungsluftverhältnis) wird mit Hilfe einer Lambdasonde, insbesondere in der Abgasführung nach dem Turbolader, gemessen. Der gemessene Lambdawert berücksichtigt die verbrannte Kraftstoffmenge und einen eventuellen Abbrand von Ablagerungen in der Sauganlage.
Zusätzlich kann auch - mit der eingespritzten Kraftstoffmenge und der angesaugten Frischluftmasse (Basis ist der Frischluftmassenmesser) - ein theoreti scher Lambdawert (i.e. theoretisches Verbrennungsluftverhältnis) berechnet werden, insbesondere unter Verwendung von Betriebsmodellen des Fahrzeugan triebs.
Gibt es keinen Abbrand, sind beide Lambdawerte - der gemessene und der berechnete - gleich; zumindest abgesehen von Modell- und/oder Sensorungenauigkeiten. Gemäß einer Ausführung ist in dem Steuermittel vorbe stimmt, bis zu welchem relativen und/oder absoluten Unterschied (z.B. im Sinne ei- nes vordefinierten Schwellenwerts) zwischen dem berechneten und dem gemesse nen Lambdawert noch kein Abbrand, sondern eine Messabweichung o.ä. interpre tiert und damit detektiert wird.
Bei vorhandenem Abbrand sind die Lambdawerte nicht gleich (und weichen vonei nander mehr als im Sinne des Schwellenwerts ab); der Unterschied kann in eine theoretische (z.B. Ruß-) Abbrandmenge umgerechnet werden. Daraus kann eine Heizleistung ermittelt werden, die in einer, insbesondere modellbasierten, Temperaturberechnung des Ansaugmassenstroms berücksichtigt wird. Dadurch erhöht sich die Genauigkeit der Berechnung der Motorfüllung im Falle eines Abbrands wesentlich.
Gemäß einer Ausführung wird ein Abbrand in der Sauganlage detektiert, wenn die Unterschiedsgröße eine, insbesondere relevante, Abweichung zwischen dem theo- retisch ermittelten und dem gemessenen Wert aufzeigt und/oder
Zusätzlich oder alternativ wird gemäß dieser Ausführung ein Regelbetrieb in der Sauganlage detektiert, wenn die Unterschiedsgröße keine oder keine relevante Ab weichung zwischen dem theoretisch ermittelten und dem gemessenen Wert auf zeigt. Auf diese Weise kann der nicht in den Betriebsmodellen der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugantriebs hinterlegte Einfluss eines Abbrands auf den realen Lambdawert der Abgase in der Abgasführung detektiert werden, und insbesondere dessen Unterschied zu dem modellbasiert, i.e. theoretisch, ermittelten Lambdawert.
Unter einem Regelbetrieb ist insbesondere zu verstehen, dass der Betrieb zumin- dest im Wesentlichen in der Weise stattfindet, wie es für diesen Betriebszustand hinsichtlich der verwendeten Modellgrößen, insbesondere auch das Verbrennungs luftverhältnis, in den Betriebsmodellen des Fahrzeugantriebs modelliert ist.
Gemäß einer Ausführung zeigt die Unterschiedsgröße einen Abbrand auf, wenn das theoretische Verbrennungsluftverhältnis einen magereren Betrieb ergibt als das gemessene Verbrennungsluftverhältnis.
Dadurch kann ein Zusammenhang abgebildet werden, nach welchem ein Abbrand eine höhere Gastemperatur im Luftsammler verursacht, sodass eine Motorfüllung der Zylinder mit Sauerstoff niedriger ausfällt als für die niedrigere, modellierte (und entsprechend auch in etwa real eintretende) Temperatur bei einem Regelbetrieb; was wiederum einen Kraftstoffüberschuss bei der Verbrennung im Zylinder bedin gen kann, der ein im Abgas gemessenes Verbrennungsluftverhältnis bedingt, das fetter ist als durch das modellbasiert theoretisch ermittelte Verbrennungsluftverhält nis vorhergesagt bzw. angenommen.
Gemäß einer Ausführung wird das theoretische Verbrennungsluftverhältnis durch eine modellbasierte Berechnung ermittelt, in die im Modell hinterlegte Annahmen zu Zusammenhängen zwischen einer T emperatur im Luftsammler und einer Zu sammensetzung der Abgase der Verbrennung in einem regulären Betrieb der Brennkraftmaschine im bestimmten Betriebszustand einfließen.
Dies ermöglicht eine Referenz für eine qualitative (z.B. Unterschied ja/nein) und/o der eine quantitative (z.B. Größe des Unterschieds) Aussage zur Abweichung vom Modell für Fälle, bei denen ein Abbrand vorliegt.
Gemäß einer Ausführung wird in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Un terschiedsgröße eine Abbrandmenge ermittelt. Insbesondere kann die Abbrand menge direkt aus dem Unterschied der beiden Lambdawerte berechnet werden. Jedenfalls können ausgehend von der ermittelten Abbrandmenge unmittelbar oder mittelbar geeignete Ersatzreaktionen zur Anpassung einer Motorfüllung ausgewählt und/oder ergriffen werden, beispielsweise ein Öffnen des AGR-Ventils, wodurch der Luftsammler mit inertem Gas befüllt, dem möglichen Brand der Sauerstoff ent zogen und der Brand gelöscht wird.
Gemäß einer Ausführung wird in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Un- terschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge eine Heizleistung im Luftsammler ermittelt. Insbesondere kann die Heizleistung direkt mit dem Heizwert und der Abbrandmenge berechnet werden. Dazu kann zusätzlich eine Annahme über den Heizwert erforderlich sein. Da die genaue Zusammensetzung des Brenn materials im Ausführungsbeispiel nicht bekannt ist, wird hier von reinem Kohlen- Stoff ausgegangen, was in Näherung bezüglich der benötigten Genauigkeit aus reicht. Jedenfalls können ausgehend von der ermittelten Heizleistung unmittelbar oder mittelbar geeignete Ersatzreaktionen zur Anpassung einer Motorfüllung aus gewählt und/oder ergriffen werden. Im Falle einer zu hohen ermittelten Heizleistung, insbesondere bei einem Über schreiten einer Gefahrenschwelle (die beispielsweise in der Motorsteuerung, ins besondere in dem Detektionsmittel, hinterlegt sein kann), kann beispielsweise ei-ne Anweisung an den Fahrer zum sofortigen Anhalten und/oder eine Abschaltung der Brennkraftmaschine erfolgen.
Gemäß einer Ausführung wird in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Un terschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge und/oder einer ermittel ten Heizleistung im Luftsammler eine Temperatur, insbesondere eine Tempera turerhöhung im Vergleich zu einem modellbasierten Temperaturwert für den be- trachteten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, im Luftsammler ermittelt. Mit der ermittelten Heizleistung kann direkt mit Hilfe des Luftmassenstroms die Tempe raturerhöhung ausgerechnet werden. Jedenfalls können ausgehend von der ermit telten Temperatur und/oder Temperaturerhöhung unmittelbar oder mittelbar geeig nete Ersatzreaktionen zur Anpassung einer Motorfüllung ausgewählt und/oder er- griffen werden.
Gemäß einer Ausführung wird in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Un terschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge und/oder einer ermittel ten Heizleistung im Luftsammler und/oder einer Temperatur, insbesondere eine Temperaturerhöhung im Vergleich zu einem modellbasierten Temperaturwert für den betrachteten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, im Luftsammler eine Motorfüllung, insbesondere eine Veränderung der Motorfüllung im Vergleich zu ei nem modellbasierten Wert der Motorfüllung für den betrachteten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ermittelt.
Ausgehend von der benötigten Veränderung der Motorfüllung kann eine Eignung und/oder ein Umfang benötigter Ersatzreaktionen zur Anpassung bestimmt und/o der die entsprechenden Ersatzreaktionen im benötigten Umfang ergriffen werden. Gemäß einer Ausführung wird in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Un terschiedsgröße oder einer da-von abhängig ermittelten Größe eine Ersatzreaktion zur Anpassung einer Motor-füllung ausgewählt und/oder ergriffen.
Dadurch kann im Optimalfall ein weiterer Regelbetrieb des Fahrzeugantriebs auf- recht erhalten werden, ggf. bis zu einem Werkstattaufenthalt, insbesondere wenn die Heizleistung durch den Abbrand nicht eine Gefahrenschwelle überschreitet.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Fig. 1 zeigt einen Fahrzeugantrieb mit einem Steuermittel gemäß einer bei- spielhaften Ausführung der Erfindung.
Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten eines Verfahrens ge mäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung, durchgeführt an dem Fahrzeugantrieb aus Fig. 1. Fig. 1 zeigt einen Fahrzeugantrieb 1 , aufweisend eine Brennkraftmaschine 2. Die Brennkraftmaschine 2 ist im Ausführungsbeispiel als Vierzylinder-Dieselmotor aus gebildet. Die Brennkraftmaschine 2 ist zur Versorgung mit Sauerstoff an eine Saug anlage 4 angeschlossen, und zur Reinigung der Abgase an eine Abgasanlage 6.
Die Sauganlage 4 weist eine Frischluftführung 8, eine Ladeluftkühler 10, eine Dros- selklappe 12 und eine Luftsammler 14 auf.
Die Abgasanlage 6 weist entlang einer Abgasführung 16 einen Abgaskrümmer 18 sowie eine Abgasnachbehandlungsanordnung 20 auf, die zumindest einen Dreiwe gekatalysator aufweist, insbesondere aber weitere Nachbehandlungseinrichtungen wie beispielsweise wenigstens einen Partikelfilter und/oder wenigstens einen SCR- Katalysator aufweist. Zur Steigerung der Leistung der Brennkraftmaschine 2 ist in der Frischluftführung 8 der Sauganlage 4 und in der Abgasführung 16 der Abgasanlage 6 ein zweistufiger Abgasturbolader 22 angeordnet, wobei die Verdichter des Abgasturboladers 22 in der Frischluftführung 8 und die Turbine des Abgasturboladers 22 in der Abgasfüh- rung 16 angeordnet sind.
Der Hochdruckverdichter und die Hochdruckturbine des Abgasturboladers 22 sind im Ausführungsbeispiel jeweils mittels eines schaltbaren Bypasses umgehbar aus gebildet.
Die Sauganlage 4 und die Abgasanlage 6 sind mittels einer schaltbaren Hoch- druck-AGR-Leitung 24 verbindbar, sodass heißes Abgas aus dem Abgaskrümmer 17 in den Luftsammler 14 geführt und dort mit der Frischluft vermischt werden kann. Im Ausführungsbeispiel können die Abgase in der AGR-Leitung 24 schaltbar durch einen AGR-Kühler und/oder daran vorbei geführt werden.
An einem Frischlufteingang 7 der Frischluftführung 8 ist ein Heißfilmluftmassen- messer HFM zur Messung eines Luftmassenstroms mHFM sowie ein Temperatur sensor zur Messung einer Frischlufttemperatur T10 angeordnet.
Zwischen den beiden Verdichter ist 8 ein Drucksensor zur Messung eines Verdich terdrucks p12 in der Frischluftführung angeordnet.
Zwischen dem Ladeluftkühler 10 und der Drosselklappe 12 ist ein Temperatur- sensor zur Messung einer Vordrosseltemperatur T21 in der Frischluftführung ange ordnet.
In dem Luftsammler 14 ist ein Drucksensor zur Messung eines Ladedrucks p22 an geordnet.
In der AGR-Leitung 24 ist ein Temperatursensor zur Messung einer AGR-Gemisch- temperatur T-nAGR beim Eintritt in den Luftsammler 14 angeordnet. In dem Abgaskrümmer 17 ist ein Drucksensor zur Messung eines Vorturbinen drucks p31 angeordnet.
Zwischen der Niederdruckturbine des Abgasturboladers 22 und der Abgasnachbe handlungsanordnung 20 ist eine Lambdasonde 26 zur Messung einer Gemischzu- sammensetzung der Abgase vor dem Eintritt in die Abgasnachbehandlungsanord nung 20 angeordnet.
Der Fahrzeugantrieb 1 weist zudem eine Motorsteuerung 30 auf, die dazu einge richtet ist, den Fahrzeugantrieb 1 und alle Komponenten davon entsprechend der Betriebserfordernisse des Kraftfahrzeugs anzusteuern. Die Motorsteuerung 30 ist auch dazu eingerichtet, für eine optimale Ansteuerung des Fahrzeugantriebs und seiner Komponenten Messwerte aller oben erwähnten Sensoren zu berücksichti gen, sowie auf an sich übliche Betriebsmodelle, Lookup-Tabellen, etc. zuzugreifen, gegebenenfalls unter Verwendung der erfassten und/oder verarbeiteten Sensor werte. Die Motorsteuerung 30 weist ein Steuer-, Detektions- und Bestimmungsmittel 32 (nachfolgend kurz Steuermittel 32 genannt) auf, das dazu eingerichtet ist, ein bei spielhaftes Verfahren zur Detektion und Bestimmung eines Abbrands, insbeson dere eines Rußabbrands, in der Sauganlage 4 durchzuführen und nötigenfalls Er satzreaktionen bei einem detektierten Abbrand auszuwählen und ggf. zu ergreifen. Zur Verrichtung dieser Aufgaben ist die Motorsteuerung 30 und/oder das Steuer mittel 32 dazu eingerichtet, in gegenwärtigen Kraftfahrzeugen typischerweise hin terlegte Betriebsmodelle 34 des Fahrzeugs, des Fahrzeugantriebs und/oder des wenigstens einen Antriebsmotors zu verwenden, insbesondere also dort zugreif bare Daten, Sensorwerte, Lookup-Tabellen 36 und/oder Modellprädiktionen im Sinne der Erfindung nu verwenden.
Die Durchführung des beispielhaften Verfahrens ist nachfolgend detailliert anhand von Erläuterungen zu der Darstellung der Figur 2 beschrieben. In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm mit den Verfahrensschritten S10 bis S70 eines bei spielhaften Diagnose-, Bestimmungs- und Steuerungsverfahrens gemäß einer bei spielhaften Ausführung der Erfindung gezeigt, durchgeführt am Fahrzeugantrieb 1 der Fig. 1. In dem Schritt S10 erfolgt ein Bestimmen eines Betriebszustands BZ des Fahr zeugantriebs 1 , der definiert ist durch den angeforderten Lastfall sowie die vorlie genden Betriebs- und Umgebungsbedingungen. Die Bestimmung erfolgt anhand an sich bekannter, vorliegend nicht dargestellter Betriebsmodelle, auf die die Mo torsteuerung 30 zugreifen kann. In dem Schritt S20 erfolgt ein Ermitteln eines theoretischen Verbrennungsluftver hältnisses der Brennkraftmaschine für den bestimmten Betriebszustand, indem die vorgesehene Frischluftmasse, gegebenenfalls die vorgesehene AGR-Masse (mit modelliertem Sauerstoffanteil) sowie die vorgesehene Kraftstoff-Einspritz- menge moderiert und zueinander in Relation gesetzt werden. In dem Schritt S30 erfolgt ein Ermitteln eines gemessenen Verbrennungsluftver hältnisses Xs in der Abgasführung 6 mittels der dort angeordneten Lambdasonde 26.
In dem Schritt S40 erfolgt ein Ermitteln einer Unterschiedsgröße X. Im Ausfüh rungsbeispiel wird zur Ermittlung der Unterschiedsgröße ein Größenverhältnis des theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses l( und des gemessenen Verbren nungsluftverhältnisses Xs zueinander ermittelt.
In dem Schritt S52 wird ein Regelbetrieb R in der Sauganlage 4 detektiert, wenn die Unterschiedsgröße X keine oder keine relevante Abweichung zwischen dem theoretisch ermittelten und dem gemessenen Lambdawert aufzeigt, vorliegend also das Größenverhältnis X zwischen 0,8 und 1,2 liegt. In diesem Fall wird das Verfah ren zum Zeitpunkt tn nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls At erneut durchgeführt. In dem Schritt S51 wird ein Abbrand A in der Sauganlage 4 detektiert, wenn der er mittelte Wert des Größenverhältnisses X der beiden Lambdawerte kleiner als 0,8 oder größer als 1 ,2 ist.
Auf diese Weise kann der nicht in den Betriebsmodellen 34 der Brennkraftma- schine 2 und/oder des Fahrzeugantriebs hinterlegte Einfluss eines Abbrands auf den realen Lambdawert s der Abgase in der Abgasführung detektiert werden, und insbesondere dessen Unterschied zu dem modellbasiert, i.e. theoretisch, ermittel ten Lambdawert lt.
Dies ermöglicht eine Referenz für eine qualitative (Unterschied ja/nein) und/oder eine quantitative (Größe des Unterschieds) Aussage zur Abweichung vom Modell für Fälle, bei denen ein Abbrand vorliegt.
Das Größenverhältnis X wird so berechnet, dass die Unterschiedsgröße einen Ab brand aufzeigt, wenn das theoretische Verbrennungsluftverhältnis lt einen mage reren Betrieb aufzeigt als das gemessene Verbrennungsluftverhältnis s. Dadurch kann ein Zusammenhang abgebildet werden, nach welchem ein Abbrand eine um einen Temperaturbeitrag DT des Abbrands erhöhte Gastemperatur T22 + DT im Luftsammler verursacht, sodass eine Motorfüllung RF der Zylinder mit Sau erstoff niedriger ausfällt als für die niedrigere, modellierte (und entsprechend auch in etwa real eintretende) Ladetemperatur T22 bei einem Regelbetrieb R; was wiede- rum einen Kraftstoffü bersch uss bei der Verbrennung im Zylinder bedingen kann, der ein im Abgas gemessenes Verbrennungsluftverhältnis bedingt, das fetter ist als durch das modellbasiert theoretisch ermittelte Verbrennungsluftverhältnis vorherge sagt bzw. angenommen.
Wenn ein Abbrand A detektiert ist, wird in dem Schritt S61 in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße X unter Berücksichtigung des aktuellen Be triebspunktes BP (bspw. in Form wenigstens zweier der folgenden Größen: der ak- tuellen Frischluftmasse, der aktuellen Einspritzmenge, des gemessenen Lambda werts) eine Abbrandmenge mR ermittelt. Im Ausführungsbeispiel erfolgt dies mittels einer Lookup-Tabelle 36, die experimentell befüllt ist.
Zusätzlich oder alternativ zur Ermittlung der Unterschiedsgröße X gemäß Schritt S40 kann im Sinne des Ausführungsbeispiels aber auch eine Differenz der Absolut werte des theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses l( und des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses s ermittelt werden.
In dem Schritt S62 wird dann in Abhängigkeit von der ermittelten Abbrandmenge mR eine Heizleistung Q im Luftsammler 14 ermittelt. Im Ausführungsbeispiel erfolgt dies mittels einer Lookup-Tabelle 36, die experimentell befüllt ist.
Im Falle einer zu hohen ermittelten Heizleistung Q und/oder davon abgeleiteten Größe, die in dem Steuermittel 32 hinterlegt ist, kann eine Anweisung an den Fah rer erfolgen, insbesondere zum sofortigen Anhalten, und/oder eine Abschaltung der Brennkraftmaschine 2. In dem Schritt S63 wird in Abhängigkeit von der ermittelten Heizleistung Q im Luft sammler 14 eine Temperaturerhöhung DT im Vergleich zu dem modellbasiert ermit telten Temperaturwert T22 für den betrachteten Betriebszustand BZ der Brennkraft maschine, im Luftsammler ermittelt. Im Ausführungsbeispiel erfolgt dies mittels ei ner Lookup-Tabelle 36, die experimentell befüllt ist. In dem Schritt S64 wird in Abhängigkeit von der Ladetemperatur T22 und von der Temperaturerhöhung DT im Luftsammler 14 eine Motorfüllung RF, und damit auch eine Veränderung der Motorfüllung im Vergleich zu einem modellbasierten Wert der Motorfüllung für den betrachteten Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine 2, ermittelt. Ausgehend von der benötigten Motorfüllung für den Betriebszustand BZ kann mit der ermittelten, abweichenden Motorfüllung RF (die aufgrund der veränderten Tem peratur Ϊ22+DT vorliegt), wird in dem Schritt S70 eine Eignung und ein Umfang be nötigter Ersatzreaktionen zur Anpassung der Motorfüllung bestimmt und die ent- sprechenden Ersatzreaktionen im benötigten Umfang ergriffen. Angesteuert wer den die Ersatzreaktionen mittels des Steuermittels 30.
Die zur Auswahl stehenden Ersatzreaktionen sind an sich unabhängig von der Er findung auswählbar. Beispielsweise kommt ein Öffnen des AGR-Ventils in Betracht, um den Luftsammler mit inertem Gas zu befüllen, dem möglichen Brand der Sauer- Stoff zu entziehen und den Brand zu löschen.
Eine mögliche Ersatzreaktion kann beispielsweise ein Öffnen des AGR-Ventils sein. Dadurch wird der Luftsammler mit inert-Gas befüllt, dem möglichen Brand der Sauerstoff entzogen und der Brand gelöscht.
Dadurch kann im Optimalfall ein Regelbetrieb R des Fahrzeugantriebs erreicht und weiter aufrechterhalten werden, ggf. bis zu einem Werkstattaufenthalt.
Parallel wird das Verfahren zum Zeitpunkt tn nach Ablauf eines vorbestimmten Zeit intervalls At erneut durchgeführt.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Fahrzeugantrieb
2 Brennkraftmaschine
4 Sauganlage 6 Abgasanlage
8 Frischluftführung 10 Ladeluftkühler 12 Drosselklappe 14 Luftsammler 16 Abgasführung 20 Abgasnachbehandlungsanordnung 22 Abgasturbolader 24 Hochdruck-AGR-Leitung 26 Lambdasonde 30 Motorsteuerung (symbolisch dargestellt)
32 Diagnosemittel (symbolisch dargestellt) 34 Betriebsmodelle (symbolisch dargestellt) 36 Lookup-Tabellen (symbolisch dargestellt) A Abbrand BZ Betriebszustand At Zeitintervall AT Temperaturänderung durch den Abbrand HFM Heißfilm-Luftmassenmesser mR Abbrandmenge Po Umgebungsdruck P12 Verdichterdruck P22 Ladedruck P31 Vorturbinendruck Q Heizleistung
R Regelbetrieb
RF relative Motorfüllung S10-S70 Verfahrensschritte t Zeitpunkt einer Durchführung des Verfahrens
T10 Frischlufttemperatur T21 Vordrosseltemperatur T22 Luftsammlertemperatur
T-nAGR AGR-Gemischtemperatur hs gemessenes Kraftstoff-Luft-Verhältnis lt theoretisches, modellbasiert ermitteltes, Kraftstoff-Luft-Verhältnis
X Verhältnis der unterschiedlich ermittelten Lambdawerte

Claims

1. Verfahren zur Diagnose eines Zustands (A, R) eines Fahrzeugantriebs (1), auf weisend zumindest die Verfahrensschritte:
- (S20) Ermitteln eines theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses (lt) einer Brennkraftmaschine (2) des Fahrzeugantriebs,
- (S30) Ermitteln eines gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses (ks) in einer Ab gasführung (6) des Fahrzeugantriebs, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt:
- (S40) Ermitteln einer Unterschiedsgröße (X) des theoretischen Verbrennungsluft verhältnisses und des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses zueinander.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- (S51) ein Abbrand (A) in einer Sauganlage (4) des Fahrzeugantriebs detektiert wird, wenn die Unterschiedsgröße eine, insbesondere relevante, Abweichung zwi schen dem theoretisch ermittelten und dem gemessenen Wert aufzeigt, und/oder
- (S52) ein Regelbetrieb (R) in der Sauganlage detektiert wird, wenn die Unter schiedsgröße keine oder keine relevante Abweichung zwischen dem theoretisch ermittelten und dem gemessenen Wert aufzeigt.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschiedsgröße einen Abbrand aufzeigt, wenn das theoretische Verbrennungsluftverhältnis einen magereren Betrieb aufzeigt als das gemessene Verbrennungsluftverhältnis.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das theoretische Verbrennungsluftverhältnis durch eine modellbasierte Berechnung ermittelt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (S61) in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße eine Abbrandmenge (mR) ermittelt wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (S62) in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge eine Heizleistung (Q) im Luftsammler er mittelt wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (S63) in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge und/oder einer ermittelten Heizleistung im Luftsammler eine Temperatur, insbesondere eine Temperaturerhöhung (LT) im Vergleich zu einem modellbasierten Temperaturwert (T22) für einen betrachteten Betriebszustand (BZ) der Brennkraftmaschine, in einem Luftsammler (14) des Fahrzeugantriebs ermittelt wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (S64) in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge und/oder einer ermittelten Heizleistung im Luftsammler und/oder einer Temperatur, insbesondere einer Temperaturerhö hung, im Luftsammler eine Motorfüllung (RF), insbesondere eine Veränderung der Motorfüllung im Vergleich zu einem modellbasierten Wert der Motorfüllung für den betrachteten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ermittelt wird.
9. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (S70) in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße oder einer davon abhängig ermittelten Größe eine Ersatzreaktion zur Anpassung einer Motorfüllung ausgewählt und/oder ergriffen wird.
10. Steuermittel (30) zum Detektieren und/oder Bestimmen eines Abbrands (A) in ei ner Sauganlage (4) einer Brennkraftmaschine (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorherge henden Ansprüche durchzuführen.
11. Fahrzeugantrieb (1), aufweisend eine Brennkraftmaschine (2), eine Sauganlage (4) und eine Abgasanlage (6), gekennzeichnet durch ein Steuermittel (30) gemäß Anspruch 10.
12. Fahrzeugantrieb gemäß Anspruch 11 , gekennzeichnet durch eine Abgasrückführ- Leitung (24), welche dazu eingerichtet ist, die Abgasanlage mit der Sauganlage ab gasführend zu verbinden.
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