EP4466451A1 - Verfahren zum betreiben einer antriebseinrichtung für ein kraftfahrzeug sowie entsprechende antriebseinrichtung - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer antriebseinrichtung für ein kraftfahrzeug sowie entsprechende antriebseinrichtung

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EP4466451A1
EP4466451A1 EP23700981.6A EP23700981A EP4466451A1 EP 4466451 A1 EP4466451 A1 EP 4466451A1 EP 23700981 A EP23700981 A EP 23700981A EP 4466451 A1 EP4466451 A1 EP 4466451A1
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EP
European Patent Office
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exhaust gas
concentration
gas component
combustion air
air ratio
Prior art date
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Pending
Application number
EP23700981.6A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bodo Odendall
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.)
Audi AG
Original Assignee
Audi AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Audi AG filed Critical Audi AG
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Pending legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a method for operating a drive device for a motor vehicle, which has a drive assembly that generates exhaust gas, an exhaust gas aftertreatment device for aftertreatment of the exhaust gas, and a lambda probe arranged upstream of the exhaust gas aftertreatment device for measuring a combustion air ratio in the exhaust gas.
  • the invention also relates to a drive device for a motor vehicle.
  • the publication DE 10 2019 114 790 A1 is known from the prior art.
  • This describes a method for treating exhaust gas in a vehicle, comprising: providing a catalyst in an exhaust tailpipe and an oxygen sensor downstream of the catalyst, the catalyst being configured to reduce a concentration of a nitrogen oxide present in an exhaust gas flow through the catalyst; predicting an increase in an oxygen concentration within the catalyst based on at least one or more real-time vehicle operating parameters, the increase being predicted before a corresponding increase in oxygen concentration is measured by the downstream oxygen sensor; and adjusting an air-fuel ratio of an engine of the vehicle based on the predicted increase in oxygen concentration, thereby at least partially preventing the corresponding increase in oxygen concentration. It is the object of the invention to propose a method for operating a drive device for a motor vehicle which has advantages over known methods, in particular ensuring low pollutant emissions from the drive device.
  • a concentration of a first exhaust gas component that is present upstream of the exhaust gas aftertreatment device and that influences the air/fuel ratio measured by means of the lambda probe is determined, which is used to control the drive unit, by determining a concentration of a second exhaust gas component that also influences the air/fuel ratio measured by means of the lambda probe, and the concentration of the first exhaust gas component is calculated from the measured air/fuel ratio and the concentration of the second exhaust gas component.
  • the drive device is used to drive the motor vehicle, ie to provide a drive torque aimed at driving the motor vehicle.
  • the drive device has the drive assembly.
  • fuel and fresh gas are supplied to the drive assembly at least at times, with the fresh gas containing fresh air at least at times.
  • the fresh air is preferably supplied from outside the drive device or the motor vehicle.
  • the fresh gas can have exhaust gas if exhaust gas recirculation is implemented, in which the exhaust gas generated by the drive unit is at least partially returned to the drive unit, namely as a component of the fresh gas.
  • the fuel and fresh gas that are supplied to the drive unit form a fuel/fresh gas mixture with a specific composition, which is reacted in the power unit.
  • exhaust gas occurs due to the chemical reaction or combustion of fuel and fresh gas with one another, which exhaust gas is discharged in the direction of the outside environment of the drive device or the motor vehicle. Since the exhaust gas generated by the drive unit contains pollutants, the exhaust gas is first fed to the exhaust gas aftertreatment device before it is released into the outside environment. In the exhaust aftertreatment device, the pollutants are at least partially converted into less hazardous products. The exhaust gas is only discharged to the outside environment after it has passed through the exhaust gas aftertreatment device.
  • the exhaust gas aftertreatment device is present, for example, as a vehicle catalytic converter, in particular as a three-way catalytic converter, oxidation catalytic converter, NOx storage catalytic converter or as an SCR catalytic converter.
  • vehicle catalytic converter in particular as a three-way catalytic converter, oxidation catalytic converter, NOx storage catalytic converter or as an SCR catalytic converter.
  • particle filter in particular as an Otto particle filter or as a diesel particle filter, preferably with an integrated vehicle catalytic converter, for example with a catalytic coating.
  • a conversion rate and thus the conversion capacity of the exhaust gas aftertreatment device, with which the pollutants are converted into the less hazardous products depend in particular on the composition of the exhaust gas fed to the exhaust gas aftertreatment device and/or on an oxygen loading of the exhaust gas aftertreatment device, which in turn is related to the composition of the exhaust gas.
  • a calculation model for the exhaust gas aftertreatment device which calculates the concentration of at least one exhaust gas component present upstream of the exhaust gas aftertreatment device, in particular at least the concentration of the first Exhaust component is supplied.
  • the calculation model is preferably supplied with the concentration of at least one further exhaust gas component, in particular the concentration of the second exhaust gas component.
  • the calculation model uses the concentration of the exhaust gas component or the concentrations of the exhaust gas components to calculate the concentration of at least one pollutant in the exhaust gas downstream of the exhaust gas aftertreatment device.
  • concentration of the exhaust gas components thus serves, at least indirectly, to control the drive unit. It is also important to determine the concentration with a high degree of accuracy in order to be able to reliably detect and, if necessary, prevent the pollutant from escaping into the external environment.
  • concentration or concentrations are otherwise specified as molar mass ratios or as parts per million (ppm).
  • the concentration of the (first) exhaust gas component to be determined is upstream of the exhaust gas aftertreatment device, that is to say in terms of flow between the drive unit and the exhaust gas aftertreatment device, in particular in relation to a main flow direction of the exhaust gas.
  • the concentration of the first exhaust gas component corresponds to its concentration in the raw emissions of the drive unit, that is to say in the exhaust gas immediately after it is discharged from the drive unit and before it passes through the exhaust gas aftertreatment device.
  • the first exhaust gas component is particularly preferably one of several exhaust gas components for which the respective concentration is to be determined.
  • the concentrations of a number of exhaust gas components are determined, for example in the manner described.
  • the concentration of the first exhaust gas component could of course be measured by means of a corresponding sensor.
  • the concentration of the first exhaust gas component should be determined using the combustion air ratio in the exhaust gas, which is measured by means of the lambda probe upstream of the exhaust gas aftertreatment device.
  • the concentration of the second exhaust gas component should now be determined first.
  • the concentration of the first exhaust gas component is then determined from the concentration of the second exhaust gas component and the measured combustion air ratio.
  • Both the first exhaust gas component and the second exhaust gas component are exhaust gas components that influence the combustion air ratio, which is measured by the lambda probe. A change in the concentration of the first exhaust gas component and also a change in the concentration of the second exhaust gas component thus each lead to a change in the measured combustion air ratio.
  • Both exhaust gas components are part of the multiple exhaust gas components already mentioned above.
  • the concentration of exactly one second exhaust gas component or the concentrations of a plurality of second exhaust gas components must be determined in order to determine the concentration of the first exhaust gas component. If there are a total of n exhaust gas components for which the concentrations are determined, only the concentration of one of the exhaust gas components, namely the first exhaust gas component, is determined using the measured combustion air ratio and the concentration of the second exhaust gas component or the concentrations of the plurality of second exhaust gas components are determined. For the n-1 other exhaust gas components, however, the concentration is determined in a different way.
  • the concentration of the first exhaust gas component is determined from the measured combustion air ratio and the concentrations of the plurality of second exhaust gas components.
  • the concentration of the second exhaust gas component or the concentrations of the second exhaust gas components is previously determined in a different way.
  • the combustion air ratio is measured using the lambda probe. This serves to measure the combustion air ratio present in the exhaust gas upstream of the exhaust gas aftertreatment device, in particular by measuring the residual oxygen content of the exhaust gas, from which the combustion air ratio is then determined.
  • the measured combustion air ratio is preferably used not only to determine the concentration of the exhaust gas component, but also to carry out lambda control, by means of which a composition of the fuel-air mixture used in the drive unit is set.
  • the lambda probe is preferably present as the first lambda probe and the drive device has a second lambda probe in addition to the first lambda probe.
  • the combustion air ratio measured using the first lambda probe can also be referred to as the first combustion air ratio.
  • the second lambda probe is arranged downstream of the exhaust gas aftertreatment device and is used to measure a second combustion air ratio. Consequently, the second lambda probe serves to to measure the combustion air ratio present in the exhaust gas downstream of the exhaust gas aftertreatment device, again preferably by measuring the residual oxygen content of the exhaust gas, from which the second combustion air ratio is then determined.
  • the second combustion air ratio is used when determining the concentration of the first exhaust gas component and/or the concentration of the second exhaust gas component, in particular in addition to the first combustion air ratio.
  • the second combustion air ratio is used to carry out a trim control, by means of which the accuracy of the lambda control is improved.
  • the trim control can be viewed as part of the lambda control, so that the lambda control basically determines the composition of the fuel-air mixture set on the drive unit based on the first combustion air ratio and the second combustion air ratio.
  • the procedure described enables the drive unit to be controlled reliably as a function of the concentration of the first exhaust gas component.
  • the concentration of the first exhaust gas component can be determined with high accuracy using the method explained, so that the aforementioned calculation model of the exhaust gas aftertreatment device can also be operated with high accuracy and accordingly the concentration of the at least one pollutant downstream of the exhaust gas aftertreatment device is also known with high accuracy.
  • the drive device or the drive unit is operated as a function of the concentration of the pollutant, ie at least indirectly as a function of the concentration of the first exhaust gas component present upstream of the exhaust gas aftertreatment device. In this way it can be ensured that the concentration of the at least one pollutant always exceeds a specific threshold value falls below, so that a sufficient after-treatment of the exhaust gas is ensured by means of the exhaust gas after-treatment device.
  • a development of the invention provides that one of the following exhaust gas components is used as the first exhaust gas component: carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, oxygen, water, hydrogen, propane and propene.
  • Each of the exhaust gas components mentioned influenced the measured combustion air ratio.
  • the exhaust gas components mentioned are those components which of all exhaust gas components have the greatest influence on the measured combustion air ratio.
  • the exhaust gas components present in the exhaust gas therefore have at most little or no influence on the combustion air ratio.
  • That one of the exhaust gas components mentioned that has the least influence on the measured combustion air ratio has an influence on this which is at least twice as high as the influence of each of the exhaust gas components present in the exhaust gas in addition to the exhaust gas components mentioned.
  • Oxygen is particularly preferably used as the first exhaust gas component.
  • the exhaust gas component used as the first exhaust gas component can be determined with particularly high accuracy due to the use of the measured combustion air ratio.
  • a development of the invention provides that another of the following exhaust gas components is used as the second exhaust gas component: carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen monoxide, nitrogen dioxide, oxygen, water, hydrogen, propane and propene.
  • the listed exhaust gas components have already been explained above.
  • the second exhaust component is different from the first exhaust component, but is selected from the same exhaust components.
  • the exhaust gas components mentioned have a particularly significant influence on the measured combustion air ratio, so that the concentration of the first exhaust gas component can be determined using their concentration or their concentrations with particularly high accuracy.
  • a development of the invention provides that the concentration of the second exhaust gas component is determined on the basis of at least one of the following variables: an amount of fuel supplied to the drive unit per working cycle, an amount of fresh gas supplied to the drive unit per working cycle, an output of the drive unit, a speed of the drive unit, a compression ratio in a combustion chamber of the drive unit, a compression pressure in the combustion chamber, a top land length of the drive unit, a combustion chamber temperature, a fuel composition, a fuel injection time and an ignition time.
  • the work cycle includes all cycles that are run through for a specific cylinder of the drive unit; In a four-stroke engine, this means the intake stroke, compression stroke, power stroke and exhaust stroke.
  • the fuel quantity and the fresh gas quantity now denote the quantity of fuel or fresh gas supplied to the respective cylinder during the working cycle or during each working cycle.
  • the power of the drive assembly denotes the drive power output at the moment, the speed denotes the speed of a crankshaft of the drive assembly.
  • the compression ratio is to be understood as meaning the compression ratio occurring in the combustion chamber of the respective cylinder, calculated from a maximum pressure occurring over the working cycle and a minimum pressure occurring over the working cycle.
  • the compression pressure in the combustion chamber corresponds to the maximum pressure occurring in the combustion chamber over the working cycle.
  • the top land length is a distance between a piston head or a piston crown of a piston arranged in the cylinder and delimiting the combustion chamber on the one hand and a piston ring on the other hand or a piston ring receptacle formed in the piston to accommodate the piston ring.
  • the combustion chamber temperature is the maximum temperature that occurs in the combustion chamber over the working cycle.
  • the fuel composition means the chemical composition of the fuel. In particular, it describes a quality of the fuel.
  • the fuel injection point in time is the point in time at which the fuel is introduced into the drive unit or into the cylinder or its combustion chamber.
  • the ignition point corresponds to the point in time at which the fuel/fresh gas mixture is ignited.
  • the ignition point in this case is the point in time at which external ignition of the mixture takes place, ie an ignition spark is preferably generated.
  • Both the fuel injection time and the ignition time are preferably specified in the form of a crankshaft rotational angle position.
  • the concentration of the second exhaust gas component can be determined with high accuracy on the basis of the variables mentioned.
  • at least one of the variables mentioned, but preferably several of the variables mentioned or all of the variables mentioned serve as an input variable for a mathematical relationship, a characteristic diagram or a table from which the concentration of the second exhaust gas component results as an output variable.
  • the list of sizes is not necessarily exhaustive; it is therefore also possible to use one or more other variables to determine the concentration of the second exhaust gas component.
  • the procedure described enables the concentration of the second exhaust gas component or the concentrations of the second exhaust gas components and consequently also the concentration of the first exhaust gas component to be determined with high accuracy.
  • a development of the invention provides that the concentration of the second exhaust gas component is determined using the combustion air ratio measured by means of the lambda probe by storing the concentration of the second exhaust gas component using the combustion ratio from for different combustion air ratios Concentrations is read out or by reading the concentration of the second exhaust gas component independently of the measured combustion air ratio and correcting it by means of the measured combustion air ratio.
  • the concentration of the second exhaust gas component can also be directly dependent on the combustion air ratio. Preferably, however, in addition to the measured air/fuel ratio, at least one of the variables described above is used to determine it.
  • the concentration can be stored for different combustion air ratios and read out for the currently measured combustion air ratio. This means that different concentration values have to be stored for different combustion air ratios, which results in a large memory requirement.
  • the concentration is only stored for a single combustion air ratio and read out independently of the measured combustion air ratio, preferably as a function of one of the variables mentioned above. In this case, the concentration does not depend on the measured combustion air ratio, but only on one of the variables mentioned. This concentration reading is then corrected using the measured combustion air ratio. This can result in a significant reduction in the storage space required.
  • a development of the invention provides that the concentration of the first exhaust gas component by means of the relationship or through the relationship is determined, where A is the combustion air ratio and Cx is the concentration of the respective exhaust gas component.
  • the combustion air ratio can be calculated using one of the relationships mentioned, which differ only with regard to the consideration of the concentration of propane.
  • Cx stands for the concentration of the respective exhaust gas component, in particular as a molar mass ratio or as parts per million (ppm).
  • 02 stands for molecular oxygen
  • CO2 for carbon dioxide
  • H2O for water
  • CO carbon monoxide
  • NO for nitrogen monoxide
  • NO2 for nitrogen dioxide
  • H2 for molecular hydrogen
  • C3H6 for propene
  • C3H8 for propane.
  • All oxygen input components are in the numerator
  • all oxygen output components are in the denominator.
  • Corresponding conversion or resolution of the respective relationship according to the concentration of the first exhaust gas component enables its calculation. If the concentration of molecular oxygen is to be determined, the following relationship results or the relationship
  • the relationships mentioned enable the concentration of the first exhaust gas component to be calculated with high accuracy.
  • a development of the invention provides that the combustion air ratio measured by means of the lambda probe is corrected by means of a measured value of a further lambda probe arranged downstream of the exhaust gas aftertreatment device.
  • the presence of this additional lambda probe has already been pointed out.
  • the lambda probe can also be used as the first lambda probe and the other lambda probe as the second lambda probe be designated.
  • the first combustion air ratio is corrected on the basis of the measured value of the additional lambda probe, which can also be referred to as the second combustion air ratio, namely within the scope of the trimming control, which has also already been mentioned.
  • the measured combustion air ratio can be more accurate, so that the concentration of the first exhaust gas component can also be determined with greater accuracy.
  • the first combustion air ratio is present as a function of a measured value of the first lambda probe and a measured value of the second lambda probe.
  • a development of the invention provides that a broadband lambda probe is used as the lambda probe.
  • the broadband lambda probe enables the residual oxygen content or the combustion air ratio to be recorded over a wide measuring range.
  • the lambda probe or the broadband lambda probe is used to carry out the lambda control and accordingly to adjust the composition of the fuel/fresh gas mixture used in the drive assembly.
  • the (optional) further lambda probe, which is present downstream of the exhaust gas aftertreatment device, is preferably designed as a jump lambda probe.
  • the step lambda probe has a narrower measuring range than the broadband lambda probe, in particular it is (only) used to detect a combustion air ratio of one.
  • the measurement accuracy of the jump lambda probe is higher than that of the broadband lambda probe.
  • Deviations and errors in the broadband lambda probe are at least partially compensated for with the aid of the trim control or using the jump lambda probe. As a result, the composition of the fuel/fresh gas mixture is set with high accuracy.
  • a development of the invention provides that the concentration of the first exhaust gas component is used as an input variable for a calculation model of the exhaust gas aftertreatment device, which is used as an output variable supplies a concentration of at least one pollutant downstream of the exhaust gas after-treatment device, an error signal being generated when the concentration of the at least one pollutant exceeds a threshold value.
  • At least the concentration of the first exhaust gas component is fed to the calculation model as an input variable. Both the concentration of the first exhaust gas component and the concentration or the concentrations of the second exhaust gas component or the second exhaust gas components are preferably used.
  • the calculation model supplies the concentration of the at least one pollutant as an output variable. Such calculation models are assumed to be known in principle. If the concentration of at least one pollutant exceeds the threshold value, the error signal is generated.
  • the error signal includes, for example, an optical display in an interior of the motor vehicle, preferably on an instrument panel of the motor vehicle.
  • the power of the drive assembly is throttled, that is to say to limit a maximum power, or to completely deactivate the drive assembly.
  • the calculation model is preferably used to determine the concentrations of a number of pollutants, with the comparison being made with a respective threshold value for a number of these pollutants or for all pollutants.
  • the invention also relates to a drive device for a motor vehicle, in particular for carrying out the method according to the statements made within the scope of this description, the drive device having a drive unit that generates exhaust gas, an exhaust gas aftertreatment device for aftertreatment of the exhaust gas and a lambda probe arranged upstream of the exhaust gas aftertreatment device for measuring a combustion air ratio in the exhaust gas.
  • the drive device is provided and configured to determine a concentration used to control the drive unit of at least one exhaust gas component that is present upstream of the exhaust gas aftertreatment device and that influences the air/fuel ratio measured by means of the lambda probe, by determining a concentration of a second exhaust gas component that also influences the air/fuel ratio measured by means of the lambda probe and calculating the concentration of the first exhaust gas component from the measured air/fuel ratio and the concentration of the second exhaust gas component.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a drive device for a motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a drive device 1 which has a drive unit 2 , which is present here in the form of an internal combustion engine, and an exhaust gas tract 3 .
  • the drive assembly 2 has a plurality of cylinders, each with a combustion chamber 4 .
  • Each of the cylinders has at least one intake valve 5 and at least one exhaust valve 6.
  • Fresh gas can be supplied to the respective cylinder from a fresh gas tract 7 via each of the intake valves 5, whereas exhaust gas can escape from the corresponding cylinder through each of the outlet valves 6, namely in the direction of the exhaust tract 3.
  • the fresh gas is made available at the intake valves 5 by means of a compressor 8 which is part of an exhaust gas turbocharger 9 .
  • the exhaust-gas turbocharger 9 has a turbine 10, which is fluidically connected to the outlet valves 6 via an exhaust-gas line 11, which is part of the exhaust-gas tract 3.
  • An exhaust gas aftertreatment device 12 is located downstream of the turbine 10 . Downstream of the exhaust gas after-treatment device 12, the exhaust tract 3 opens into an external environment of the drive device 1, for example via a tailpipe.
  • the exhaust gas turbocharger 9 is purely optional. Accordingly, it can also be omitted.
  • a lambda probe 13 is present upstream of the exhaust gas after-treatment device 12 in order to determine the residual oxygen content at this point and accordingly a first combustion air ratio of the exhaust gas.
  • a lambda probe 14 arranged downstream of the exhaust gas aftertreatment device 12 is used to determine the Residual oxygen content and consequently a second combustion air ratio of the exhaust gas after the exhaust gas aftertreatment device 12.
  • a concentration of at least one exhaust gas component present upstream of the exhaust gas aftertreatment device 12 used to control the drive unit 2 is determined.
  • At least a concentration of a second exhaust gas component and the first combustion air ratio serve for this purpose.
  • the concentration of the exhaust gas component can be determined with high accuracy.
  • the concentration of at least one pollutant downstream of the exhaust gas aftertreatment device 12 is then preferably calculated from the concentration. Overall, this is also available with a high degree of accuracy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2), eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (13) zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass eine zum Ansteuern des Antriebsaggregats (2) verwendete Konzentration einer stromufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) vorliegenden und das mittels der Lambdasonde (13) gemessene Verbrennungsluftverhältnis beeinflussenden ersten Abgaskomponente ermittelt wird, indem eine Konzentration einer das mittels der Lambdasonde (13) gemessene Verbrennungsluftverhältnis ebenfalls beeinflussenden zweiten Abgaskomponente bestimmt und aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis und der Konzentration der zweiten Abgaskomponente die Konzentration der ersten Abgaskomponente berechnet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug.

Description

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie entsprechende Antriebseinrichtung
BESCHREIBUNG:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2019 114 790 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zur Behandlung von Abgas in einem Fahrzeug, umfassend: Bereitstellen eines Katalysators in einem Abgasendrohr und eines Sauerstoffsensors stromabwärts des Katalysators, wobei der Katalysator konfiguriert ist, um eine Konzentration eines Stickoxids zu reduzieren, das in einem Abgasstrom durch den Katalysator vorliegt; Vorhersagen eines Anstiegs einer Sauerstoffkonzentration innerhalb des Katalysators basierend auf mindestens einem oder mehreren Echtzeit- Fahrzeugbetriebsparametern, wobei der Anstieg vorhergesagt wird, bevor ein entsprechender Anstieg der Sauerstoffkonzentration durch den stromabwärts vorgesehenen Sauerstoffsensor gemessen wird; und Einstellen eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses eines Motors des Fahrzeugs basierend auf dem vorhergesagten Anstieg der Sauerstoffkonzentration, wodurch die entsprechende Erhöhung der Sauerstoffkonzentration zumindest teilweise verhindert wird. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere geringe Schadstoffemissionen der Antriebseinrichtung sicherstellt.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass eine zum Ansteuern des Antriebsaggregats verwendete Konzentration einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden und das mittels der Lambdasonde gemessene Verbrennungsluftverhältnis beeinflussenden ersten Abgaskomponente ermittelt wird, indem eine Konzentration einer das mittels der Lambdasonde gemessene Verbrennungsluftverhältnis ebenfalls beeinflussenden zweiten Abgaskomponente bestimmt und aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis und der Konzentration der zweiten Abgaskomponente die Konzentration der ersten Abgaskomponente berechnet wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments weist die Antriebseinrichtung das Antriebsaggregat auf. Dem Antriebsaggregat wird während eines Betriebs der Antriebseinrichtung zumindest zeitweise Kraftstoff und Frischgas zugeführt, wobei das Frischgas zumindest zeitweise Frischluft enthält. Die Frischluft wird bevorzugt aus einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs zugeführt. 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 beziehungsweise Verbrennung von Kraftstoff und Frischgas miteinander Abgas an, welches in Richtung der Außenumgebung der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs abgeführt wird. Da in dem von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgas Schadstoffe enthalten sind, wird das Abgas vor dem Entlassen in die Außenumgebung zunächst der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt. In der Abgasnachbehandlungseinrichtung werden die Schadstoffe zumindest teilweise in ungefährlichere Produkte umgesetzt. Erst nach dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird das Abgas in die Außenumgebung abgeführt.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt beispielsweise als Fahrzeugkatalysator vor, insbesondere als Drei-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, NOx-Speicherkatalysator oder als SCR-Katalysator. Sie kann jedoch auch als Partikelfilter, insbesondere als Otto-Partikelfilter oder als Diesel-Partikelfilter ausgestaltet sein, bevorzugt mit integriertem Fahrzeugkatalysator, beispielsweise mit einer katalytischen Beschichtung. Eine Umwandlungsrate und damit die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, mit welcher die Schadstoffe in die ungefährlicheren Produkte umgesetzt werden, hängen insbesondere von der Zusammensetzung des der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführten Abgases und/oder von einer Sauerstoffbeladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ab, welche wiederum in Zusammenhang mit der Zusammensetzung des Abgases steht.
Es ist insoweit von Bedeutung, die Zusammensetzung des von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgases zu ermitteln, insbesondere um auf die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu schließen. Hierzu wird vorzugsweise ein Rechenmodell für die Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendet, welchem die Konzentration mindestens einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Abgaskomponente, insbesondere zumindest die Konzentration der ersten Abgaskomponente, zugeführt wird. Vorzugsweise wird dem Rechenmodell zusätzlich zu der Konzentration der ersten Abgaskomponente die Konzentration zumindest einer weiteren Abgaskomponente, insbesondere die Konzentration der zweiten Abgaskomponente, zugeführt. Das Rechenmodell berechnet aus der Konzentration der Abgaskomponente beziehungsweise den Konzentrationen der Abgaskomponenten die Konzentration wenigstens eines Schadstoffs in dem Abgas stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Überschreitet diese Konzentration einen Schwellenwert, so wird beispielsweise ein Fehlersignal erzeugt oder das Antriebsaggregat gestoppt, insbesondere durch ein Unterbrechen einer Kraftstoffzufuhr in das Antriebsaggregat. Somit dient die Konzentration der Abgaskomponente, zumindest indirekt, zum Ansteuern des Antriebsaggregats. Auch ist es von Bedeutung, die Konzentration mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, um ein Austreten des Schadstoffs in die Außenumgebung zuverlässig erkennen und gegebenenfalls unterbinden zu können. Im Rahmen dieser Beschreibung wird die Konzentration beziehungsweise werden Konzentrationen im Übrigen als Molmassenverhältnisse oder als parts per million (ppm) angegeben.
Die zu ermittelnde Konzentration der (ersten) Abgaskomponente liegt stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vor, also strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere bezogen auf eine Hauptströmungsrichtung des Abgases. Die Konzentration der ersten Abgaskomponente entspricht insoweit ihrer Konzentration in Rohemissionen des Antriebsaggregats, also in dem Abgas unmittelbar nach seinem Ausstößen aus dem Antriebsaggregat und vor dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Besonders bevorzugt ist die erste Abgaskomponente eine von mehreren Abgaskomponenten, für welche die jeweilige Konzentration ermittelt werden soll. Insbesondere werden also die Konzentrationen von mehreren Abgaskomponenten ermittelt, beispielsweise jeweils auf die beschriebene Art und Weise. Grundsätzlich könnte die Konzentration der ersten Abgaskomponente selbstverständlich mittels eines entsprechenden Sensors gemessen werden. Dies ist jedoch nicht praktikabel, insbesondere falls die Konzentrationen mehrerer Abgaskomponenten ermittelt werden sollen und nicht für jede Abgaskomponente ein separater Sensor vorgesehen werden kann. Aus diesem Grund soll die Konzentration der ersten Abgaskomponente anhand des Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas bestimmt werden, welches mittels der Lambdasonde stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung gemessen wird.
Da jedoch das Verbrennungsluftverhältnis allein nicht hinreichend ist, um die Konzentration der ersten Abgaskomponente zu ermitteln, soll nun zuerst die Konzentration der zweiten Abgaskomponente bestimmt werden. Anschließend wird aus der Konzentration der zweiten Abgaskomponente sowie dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis die Konzentration der ersten Abgaskomponente bestimmt. Sowohl die erste Abgaskomponente als auch die zweite Abgaskomponente sind hierbei Abgaskomponenten, welche das Verbrennungsluftverhältnis, welches mittels der Lambdasonde gemessen wird, beeinflussen. Eine Veränderung der Konzentration der ersten Abgaskomponente und auch eine Veränderung der Konzentration der zweiten Abgaskomponente führen somit jeweils zu einer Veränderung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses.
Beide Abgaskomponenten, also erneut sowohl die erste Abgaskomponente als auch die zweite Abgaskomponente, sind Teil der vorstehend bereits erwähnten mehreren Abgaskomponenten. In Abhängigkeit von der Anzahl der Abgaskomponenten, für welche jeweils die Konzentration ermittelt werden soll, müssen die Konzentration genau einer einzigen zweiten Abgaskomponente oder die Konzentrationen mehrerer zweiten Abgaskomponenten ermittelt werden, um die Konzentration der ersten Abgaskomponente zu ermitteln. Liegen insgesamt n Abgaskomponenten vor, für welche die Konzentrationen ermittelt werden, so wird lediglich die Konzentration einer einzigen der Abgaskomponenten, nämlich der ersten Abgaskomponente, unter Verwendung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses und der Konzentration der zweiten Abgaskomponente beziehungsweise der Konzentrationen der mehreren zweiten Abgaskomponenten ermittelt. Für die n-1 weiteren Abgaskomponente erfolgt die Bestimmung der Konzentration hingegen auf andere Art und Weise.
Es kann vorgesehen sein, die Konzentration der ersten Abgaskomponente allein aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis und der Konzentration der (einzigen) zweiten Abgaskomponente zu berechnen. Vorzugweise liegen jedoch mehrere zweite Abgaskomponenten vor und entsprechend mehrere Konzentrationen dieser zweiten Abgaskomponenten. In diesem Fall wird die Konzentration der ersten Abgaskomponente aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis und den Konzentrationen der mehreren zweiten Abgaskomponente bestimmt. Die Konzentration der zweiten Abgaskomponente beziehungsweise die Konzentrationen der zweiten Abgaskomponenten wird zuvor auf andere Art und Weise bestimmt.
Das Verbrennungsluftverhältnis wird mithilfe der Lambdasonde gemessen. Diese dient insoweit dazu, das stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgas vorliegende Verbrennungsluftverhältnis zu messen, insbesondere durch Messen des Restsauerstoffgehalts des Abgases, aus welchem dann das Verbrennungsluftverhältnis bestimmt wird. Vorzugsweise dient das gemessene Verbrennungsluftverhältnis nicht nur dem Ermitteln der Konzentration der Abgaskomponente, sondern auch dem Durchführen einer Lambdaregelung, mittels welcher eine Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs, das in dem Antriebsaggregat verwendet wird, eingestellt wird.
Bevorzugt liegt die Lambdasonde als erste Lambdasonde vor und zusätzlich zu der ersten Lambdasonde weist die Antriebseinrichtung eine zweite Lambdasonde auf. Das mittels der ersten Lambdasonde gemessene Verbrennungsluftverhältnis kann auch als erstes Verbrennungsluftverhältnis bezeichnet werden. Die zweite Lambdasonde ist stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet und dient dem Messen eines zweiten Verbrennungsluftverhältnisses. Folglich dient die zweite Lambdasonde dazu, das stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgas vorliegende Verbrennungsluftverhältnis zu messen, wiederum bevorzugt durch Messen des Restsauerstoffgehalts des Abgases, aus welchem dann das zweite Verbrennungsluftverhältnis bestimmt wird.
Beispielsweise wird das zweite Verbrennungsluftverhältnis bei dem Ermitteln der Konzentration der ersten Abgaskomponente und/oder der Konzentration der zweiten Abgaskomponente herangezogen, insbesondere zusätzlich zu dem ersten Verbrennungsluftverhältnis. Zusätzlich oder alternativ dient das zweite Verbrennungsluftverhältnis dem Durchführen einer Trimmregelung, mittels welcher die Genauigkeit der Lambdaregelung verbessert wird. Hierbei kann die Trimmregelung als Teil der Lambdaregelung angesehen werden, sodass grundsätzlich die Lambdaregelung anhand des ersten Verbrennungsluftverhältnis und des zweiten Verbrennungsluftverhältnisses die an dem Antriebsaggregat eingestellte Zusammensetzung des Kraftstoff-Luft-Gemischs bestimmt.
Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht ein zuverlässiges Ansteuern des Antriebsaggregats in Abhängigkeit von der Konzentration der ersten Abgaskomponente. Insbesondere kann mithilfe des erläuterten Verfahrens die Konzentration der ersten Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit ermittelt werden, sodass auch das erwähnte Rechenmodell der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit hoher Genauigkeit betrieben werden kann und entsprechend die Konzentration des mindestens einen Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ebenfalls mit hoher Genauigkeit bekannt ist.
Das Betreiben der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Antriebsaggregats erfolgt in Abhängigkeit von der Konzentration des Schadstoffs, also zumindest mittelbar in Abhängigkeit von der Konzentration der stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden ersten Abgaskomponente. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs stets einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet, sodass eine hinreichende Nachbehandlung des Abgases mittels der Abgasnachbehandlungseinrichtung sichergestellt ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als erste Abgaskomponente eine der folgenden Abgaskomponenten verwendet wird: Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Sauerstoff, Wasser, Wasserstoff, Propan und Propen. Jede der genannten Abgaskomponente beeinflusste das gemessene Verbrennungsluftverhältnis. Insbesondere sind die genannten Abgaskomponente diejenigen Komponenten, welche von allen Abgaskomponenten den größten Einfluss auf das gemessene Verbrennungsluftverhältnis haben. Neben den genannten Abgaskomponenten in dem Abgas vorliegende Abgaskomponente weisen also allenfalls einen geringen oder gar keinen Einfluss auf das Verbrennungsluftverhältnis auf.
Vorzugsweise weist die diejenige unter den genannten Abgaskomponenten, welche den geringsten Einfluss auf das gemessene Verbrennungsluftverhältnis hat, einen Einfluss auf dieses auf, welcher mindestens doppelt so hoch ist wie der Einfluss jeder der zusätzlich zu den genannten Abgaskomponenten in dem Abgas vorhandenen Abgaskomponenten. Besonders bevorzugt wird Sauerstoff als erste Abgaskomponente verwendet. Die als erste Abgaskomponente verwendete Abgaskomponente kann aufgrund der Verwendung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses mit besonders hohe Genauigkeit ermittelt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als zweite Abgaskomponente eine andere der folgenden Abgaskomponenten verwendet wird: Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Sauerstoff, Wasser, Wasserstoff, Propan und Propen. Die aufgeführten Abgaskomponenten wurden vorstehend bereits erläutert. Die zweite Abgaskomponente ist von der ersten Abgaskomponente verschieden, wird jedoch aus den gleichen Abgaskomponenten ausgewählt. Die genannten Abgaskomponenten haben einen besonders deutlichen Einfluss auf das gemessene Verbrennungsluftverhältnis, sodass die Konzentration der ersten Abgaskomponente unter Verwendung ihrer Konzentration beziehungsweise ihrer Konzentrationen mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Konzentration der zweiten Abgaskomponente anhand wenigstens einer der folgenden Größen bestimmt wird: einer dem Antriebsaggregat pro Arbeitsspiel zugeführten Kraftstoffmenge, einer dem Antriebsaggregat pro Arbeitsspiel zugeführten Frischgasmenge, einer Leistung des Antriebsaggregats, einer Drehzahl des Antriebsaggregats, eines Verdichtungsverhältnisses in einem Brennraum des Antriebsaggregats, eines Verdichtungsdrucks in den Brennraum, einer Feuersteglänge des Antriebsaggregats, einer Brennraumtemperatur, einer Kraftstoffzusammensetzung, einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und einem Zündzeitpunkt.
Das Arbeitsspiel umfasst alle Takte, die für einen bestimmten Zylinder des Antriebsaggregats durchlaufen werden; bei einem Viertaktmotor also Ansaugtakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Ausstoßtakt. Die Kraftstoffmenge und die Frischgasmenge bezeichnen nun die dem jeweiligen Zylinder während des Arbeitsspiels beziehungsweise während jedes Arbeitsspiels zugeführte Menge an Kraftstoff beziehungsweise Frischgas. Die Leistung des Antriebsaggregats bezeichnet die momentan abgegebene Antriebsleistung, die Drehzahl bezeichnet die Drehzahl einer Kurbelwelle des Antriebsaggregats.
Unter dem Verdichtungsverhältnis ist das in dem Brennraum des jeweiligen Zylinders auftretende Verdichtungsverhältnis zu verstehen, berechnet aus einem über das Arbeitsspiel auftretenden maximalen Druck und einem über das Arbeitsspiel auftretenden minimalen Druck. Der Verdichtungsdruck in dem Brennraum entspricht dem über das Arbeitsspiel hinweg auftretenden maximalen Druck in dem Brennraum. Unter der Feuersteglänge ist ein Abstand zwischen einem Kolbenboden beziehungsweise einer Kolbenkrone eines in dem Zylinder angeordneten und den Brennraum begrenzende Kolbens einerseits und einem Kolbenring andererseits beziehungsweise einer in dem Kolben ausgebildeten Kolbenringaufnahme zur Aufnahme des Kolbenrings. Die Brennraumtemperatur ist die in dem Brennraum über das Arbeitsspiel hinweg auftretende maximale Temperatur. Unter der Kraftstoffzusammensetzung ist die chemische Zusammensetzung des Kraftstoffs zu verstehen. Sie beschreibt insbesondere eine Qualität des Kraftstoffs. Der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt ist derjenige Zeitpunkt, in welchem der Kraftstoff in das Antriebsaggregat beziehungsweise in den Zylinder beziehungsweise dessen Brennraum eingebracht wird. Der Zündzeitpunkt entspricht demjenigen Zeitpunkt, in welchem eine Zündung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs erfolgt. Insbesondere ist der Zündzeitpunkt hierbei der Zeitpunkt, in welchem eine Fremdzündung des Gemischs vorgenommen wird, bevorzugt also ein Zündfunken erzeugt wird. Sowohl der Kraftstoffeinspritzzeitpunkt als auch der Zündzeitpunkt werden bevorzugt in Form einer Kurbelwellendrehwinkelstellung angegeben.
Anhand der genannten Größen kann die Konzentration der zweiten Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit ermittelt werden. Beispielsweise dienen wenigstens eine der genannten Größen, bevorzugt jedoch mehrere der genannten Größen oder alle der genannten Größen, als Eingangsgröße für eine mathematische Beziehung, ein Kennfeld oder eine Tabelle, aus wel- cher/welcher als Ausgangsgröße die Konzentration der zweiten Abgaskomponente resultiert. Die Auflistung der Größen ist nicht zwingend abschließend; es können also auch eine oder mehrere weitere Größen zum Bestimmen der Konzentration der zweiten Abgaskomponente verwendet werden. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht das Ermitteln der Konzentration der zweiten Abgaskomponente beziehungsweise der Konzentrationen der zweiten Abgaskomponenten und folglich auch der Konzentration der ersten Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Konzentration der zweiten Abgaskomponente anhand des mittels der Lambdasonde gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt wird, indem die Konzentration der zweiten Abgaskomponente unter Verwendung des Verbrennungsverhältnisses aus für unterschiedliche Verbrennungsluftverhältnisse hinterlegten Konzentrationen ausgelesen wird oder indem die Konzentration der zweiten Abgaskomponente unabhängig von dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis ausgelesen und mittels des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses korrigiert wird. Auch die Konzentration der zweiten Abgaskomponente kann also direkt von dem Verbrennungsluftverhältnis abhängig sein. Vorzugsweise wird jedoch zusätzlich zu dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis wenigstens eine der vorstehend bezeichneten Größen zu ihrem Bestimmen herangezogen.
Es kann vorgesehen sein, dass die Konzentration für unterschiedliche Verbrennungsluftverhältnisse hinterlegt ist und für das momentan gemessene Verbrennungsluftverhältnis ausgelesen wird. Das bedeutet, dass für unterschiedliche Verbrennungsluftverhältnisse unterschiedliche Werte der Konzentration abgespeichert werden müssen, was einen großen Speicherplatzbedarf zur Folge hat. Alternativ ist es daher vorgesehen, die Konzentration lediglich für ein einziges Verbrennungsluftverhältnis zu hinterlegen und unabhängig von dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis auszulesen, vorzugsweise in Abhängigkeit von einer der vorstehend genannten Größen. Die Konzentration ist in diesem Fall nicht von dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis abhängig, sondern lediglich von einer der genannten Größen. Diese ausgelesene Konzentration wird anschließend unter Verwendung des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses korrigiert. Hierdurch kann eine deutliche Reduzierung des benötigten Speicherplatzes erzielt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Konzentration der ersten Abgaskomponente mittels der Beziehung oder mittels der Beziehung ermittelt wird, wobei A das Verbrennungsluftverhältnis und Cx die Konzentration der jeweiligen Abgaskomponente ist. Das Verbrennungsluftverhältnis kann grundsätzlich mit einer der genannten Beziehungen berechnet werden, die sich lediglich hinsichtlich der Berücksichtigung der Konzentration von Propan unterscheiden.
In den Beziehungen steht Cx für die Konzentration der jeweiligen Abgaskomponente, insbesondere als Molmassenverhältnis oder als parts per million (ppm). In dem Index x steht 02 für molekularen Sauerstoff, CO2 für Kohlenstoffdioxid, H2O für Wasser, CO für Kohlenstoffmonoxid, NO für Stickstoffmonoxid, NO2 für Stickstoffdioxid, H2 für molekularen Wasserstoff, C3H6 für Propen und - optional - C3H8 für Propan. Im Zähler stehen hierbei alle Sauerstoffeintragskomponenten, in dem Nenner alle Sauerstoffaustragskompo- nente. Entsprechendes Umstellen beziehungsweise Auflösen der jeweiligen Beziehung nach der Konzentration der ersten Abgaskomponente ermöglicht deren Berechnung. Soll die Konzentration des molekularen Sauerstoff bestimmt werden, so ergibt sich die Beziehung oder die Beziehung
Die genannten Beziehungen ermöglichen das Berechnen der Konzentration der ersten Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das mittels der Lambdasonde gemessene Verbrennungsluftverhältnis mittels eines Messwerts einer stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten weiteren Lambdasonde korrigiert wird. Auf das Vorliegen dieser weiteren Lambdasonde wurde bereits hingewiesen. Die Lambdasonde kann auch als erste Lambdasonde und die weitere Lambdasonde als zweite Lambdasonde bezeichnet werden. Anhand des Messwerts der weiteren Lambdasonde, welcher auch als zweites Verbrennungsluftverhältnis bezeichnet werden kann, wird das erste Verbrennungsluftverhältnis korrigiert, nämlich im Rahmen der ebenfalls bereits erwähnten Trimmregelung. Hierdurch kann eine höhere Genauigkeit des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses erzielt werden, sodass auch die Konzentration der ersten Abgaskomponente mit höhere Genauigkeit bestimmbar ist. Insgesamt liegt also das erste Verbrennungsluftverhältnis als Funktion eines Messwerts der ersten Lambdasonde und eines Messwerts der zweiten Lambdasonde vor.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Lambdasonde eine Breitbandlambdasonde verwendet wird. Die Breitbandlambdasonde ermöglicht das Erfassen des Restsauerstoffgehalts beziehungsweise des Verbrennungsluftverhältnisses über einen weiten Messbereich hinweg. Die Lambdasonde beziehungsweise die Breitbandlambdasonde wird zum Durchführen der Lambdaregelung und entsprechend zum Einstellen der Zusammensetzung des in dem Antriebsaggregat verwendeten Kraftstoff-Frischgas-Ge- mischs verwendet. Die (optionale) weitere Lambdasonde, welche stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegt, ist bevorzugt als Sprunglambdasonde ausgestaltet.
Die Sprunglambdasonde weist einen schmaleren Messbereich auf als die Breitbandlambdasonde, insbesondere wird sie (nur) für eine Erkennung von einem Verbrennungsluftverhältnis von eins herangezogen. Allerdings ist die Messgenauigkeit der Sprunglambdasonde höher als die der Breitbandlambdasonde. Abweichungen und Fehler der Breitbandlambdasonde werden mithilfe der Trimmregelung beziehungsweise unter Verwendung der Sprunglambdasonde zumindest teilweise ausgeglichen. Hierdurch wird das Einstellen der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs mit hoher Genauigkeit realisiert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Konzentration der ersten Abgaskomponente als Eingangsgröße für ein Rechenmodell der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendet wird, welches als Ausgangsgröße eine Konzentration wenigstens eines Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung liefert, wobei bei einem Überschreiten eines Schwellenwerts durch die Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs ein Fehlersignal erzeugt wird. Auf das Rechenmodell der Abgasnachbehandlungseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Dieses dient zum Ermitteln der Konzentration des mindestens einen Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung, also in dem Abgas, welches nachfolgend in die Außenumgebung abgeführt wird.
Dem Rechenmodell wird als Eingangsgröße zumindest die Konzentration der ersten Abgaskomponente zugeführt. Bevorzugt werden sowohl die Konzentration der ersten Abgaskomponente als auch die Konzentration beziehungsweise die Konzentrationen der zweiten Abgaskomponente beziehungsweise der zweiten Abgaskomponenten verwendet. Als Ausgangsgröße liefert das Rechenmodell die Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs. Derartige Rechenmodelle werden als grundsätzlich bekannt vorausgesetzt. Überschreitet die Konzentration des wenigsten einen Schadstoffs den Schwellenwert, so wird das Fehlersignal erzeugt. Das Fehlersignal umfasst beispielsweise eine optische Anzeige in einem Innenraum des Kraftfahrzeugs, vorzugsweise an einem Instrumentenbrett des Kraftfahrzeugs. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, eine Leistung des Antriebsaggregats zu drosseln, also eine Maximalleistung zu begrenzen, oder das Antriebsaggregat vollständig zu deaktivieren.
Beispielsweise ist es vorgesehen, die Konzentration des mindestens einen Schadstoffs über eine Fahrstrecke des Kraftfahrzeugs oder über der Zeit zu kumulieren und bei Überschreiten des Schwellenwerts durch die kumulierte Konzentration innerhalb einer bestimmten Fahrstrecke oder innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls die genannten Maßnahmen durchzuführen. Hierdurch wird effektiv verhindert, dass der Schadstoff in zu großer Menge in die Außenumgebung entlassen wird. Bevorzugt dient das Rechenmodell dem Bestimmen der Konzentrationen mehrerer Schadstoffe, wobei der Vergleich mit einem jeweiligen Schwellenwert für mehrere dieser Schadstoffe oder alle Schadstoffe vorgenommen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Antriebseinrichtung über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt. Dabei ist die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet, eine zum Ansteuern des Antriebsaggregats verwendete Konzentration wenigstens einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden und das mittels der Lambdasonde gemessene Verbrennungsluftverhältnis beeinflussenden ersten Abgaskomponente zu ermitteln, indem eine Konzentration einer das mittels der Lambdasonde gemessene Verbrennungsluftverhältnis ebenfalls beeinflussenden zweiten Abgaskomponente bestimmt und aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis und der Konzentration der zweiten Abgaskomponente die Konzentration der ersten Abgaskomponente berechnet wird.
Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Antriebseinrichtung 1 , die über ein Antriebsaggregat 2, welches hier in Form einer Brennkraftmaschine vorliegt, sowie einen Abgastrakt 3 verfügt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Antriebsaggregat 2 mehrere Zylinder mit jeweils einem Brennraum 4 auf. Jeder der Zylinder verfügt über wenigstens ein Einlassventil 5 und wenigstens ein Auslassventil 6. Über jedes der Einlassventile 5 kann dem jeweiligen Zylinder Frischgas aus einem Frischgastrakt 7 zugeführt werden, wohingegen durch jedes der Auslassventile 6 Abgas aus dem entsprechenden Zylinder entweichen kann, nämlich in Richtung des Abgastrakts 3.
Das Frischgas wird an den Einlassventilen 5 mittels eines Verdichters 8 bereitgestellt, welcher Teil eines Abgasturboladers 9 ist. Zusätzlich zu dem Verdichter 8 weist der Abgasturbolader 9 eine Turbine 10 auf, welche über eine Abgasleitung 11 , die Bestandteil des Abgastrakts 3 ist, an die Auslassventile 6 strömungstechnisch angeschlossen ist. Stromabwärts der Turbine 10 liegt eine Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 vor. Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 mündet der Abgastrakt 3, beispielsweise über ein Endrohr, in eine Außenumgebung der Antriebseinrichtung 1 ein. Es sei darauf hingewiesen, dass der Abgasturbolader 9 rein optional ist. Er kann entsprechend auch entfallen.
Stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 liegt eine Lambdasonde 13 vor, um an dieser Stelle den Restsauerstoffgehalt und entsprechend ein erstes Verbrennungsluftverhältnis des Abgases zu bestimmen. Analog hierzu dient eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 angeordnete Lambdasonde 14 dem Bestimmen des Restsauerstoffgehalts und folglich eines zweiten Verbrennungsluftverhältnisses des Abgases nach der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12.
Während des Betreibens der Antriebseinrichtung 1 ist es vorgesehen, dass eine zum Ansteuern des Antriebsaggregats 2 verwendete Konzentration wenigstens einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 vorliegenden Abgaskomponente ermittelt wird. Hierzu dienen zumindest eine Konzentration einer zweiten Abgaskomponente und das erste Verbrennungsluftverhältnisses. Hierdurch kann die Konzentration der Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Aus der Konzentration wird nachfolgend bevorzugt die Konzentration wenigstens eines Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 12 berechnet. Insgesamt liegt auch diese mit hoher Genauigkeit vor.
BEZUGSZEICHENLISTE:
1 Antriebseinrichtung
2 Antriebsaggregat 3 Abgastrakt
4 Brenn raum
5 Einlassventil
6 Auslassventil
7 Frischgastrakt 8 Verdichter
9 Abgasturbolader
10 Turbine
11 Abgasleitung
12 Abgasnachbehandlungseinrichtung 13 erste Lambdasonde
14 zweite Lambdasonde

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1 . Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1 ) für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2), eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (13) zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Ansteuern des Antriebsaggregats (2) verwendete Konzentration einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) vorliegenden und das mittels der Lambdasonde (13) gemessene Verbrennungsluftverhältnis beeinflussenden ersten Abgaskomponente ermittelt wird, indem eine Konzentration einer das mittels der Lambdasonde (13) gemessene Verbrennungsluftverhältnis ebenfalls beeinflussenden zweiten Abgaskomponente bestimmt und aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis und der Konzentration der zweiten Abgaskomponente die Konzentration der ersten Abgaskomponente berechnet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als erste Abgaskomponente eine der folgenden Abgaskomponenten verwendet wird: Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Sauerstoff, Wasser, Wasserstoff, Propan und Propen.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zweite Abgaskomponente eine andere der folgenden Abgaskomponenten verwendet wird: Kohlenstoffmonoxid, Kohlenstoffdioxid, Stickstoffmonoxid, Stickstoffdioxid, Sauerstoff, Wasser, Wasserstoff, Propan und Propen.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der zweiten Abgaskomponente anhand wenigstens einer der folgenden Größen bestimmt wird: einer dem Antriebsaggregat (2) pro Arbeitsspiel zugeführte Kraftstoffmenge, einer dem Antriebsaggregat (2) pro Arbeitsspiel zugeführte Frischgasmenge, einer Leistung des Antriebsaggregats (2), einer Drehzahl des Antriebsaggregats (2), eines Verdichtungsverhältnisses in einem Brennraum des Antriebsaggregats (2), eines Verdichtungsdrucks in dem Brennraum, einer Feuersteglänge des Antriebsaggregats (2), einer Brennraumtemperatur, einer Kraftstoffzusammensetzung, einem Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und einem Zündzeitpunkt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der zweiten Abgaskomponente anhand des mittels der Lambdasonde (13) gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt wird, indem die Konzentration der zweiten Abgaskomponente unter Verwendung des Verbrennungsluftverhältnisses aus für unterschiedliche Verbrennungsluftverhältnisse hinterlegten Konzentrationen ausgelesen wird oder indem die Konzentration der zweiten Abgaskomponente unabhängig von dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis ausgelesen und mittels des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses korrigiert wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der ersten Abgaskomponente mittels der Beziehung oder mittels der Beziehung ermittelt wird, wobei A das Verbrennungsluftverhältnis und Cx die Konzentration der jeweiligen Abgaskomponente ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mittels der Lambdasonde (13) gemessene Verbrennungsluftverhältnis mittels eines Messwerts einer stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) angeordneten weiteren Lambdasonde (14) korrigiert wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Lambdasonde (13) eine Breitbandlambdasonde verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration der ersten Abgaskomponente als Eingangsgröße für ein Rechenmodell der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) verwendet wird, welches als Ausgangsgröße eine Konzentration wenigstens eines Schadstoffs stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) liefert, wobei bei einem Überschreiten eines Schwellenwerts durch die Konzentration des wenigstens einen Schadstoffs ein Fehlersignal erzeugt wird.
10. Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung (1 ) über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat (2), eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) angeordnete Lambdasonde (13) zum Messen eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung (1 ) dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, eine zum Ansteuern des Antriebsaggregats (2) verwendete Konzentration einer stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (12) vorliegenden und das mittels der Lambdasonde (13) gemessene Verbrennungsluftverhältnis beeinflussenden ersten Abgaskomponente zu ermitteln, indem eine Konzentration einer das mittels der Lambdasonde (13) gemessene Verbrennungsluftverhältnis ebenfalls beeinflussenden zweiten Abgaskomponente bestimmt und aus dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis und der Konzentration der zweiten Abgaskomponente die Konzentration der ersten Abgaskomponente berechnet wird.
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