EP4581250A1 - 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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EP4581250A1
EP4581250A1 EP23767819.8A EP23767819A EP4581250A1 EP 4581250 A1 EP4581250 A1 EP 4581250A1 EP 23767819 A EP23767819 A EP 23767819A EP 4581250 A1 EP4581250 A1 EP 4581250A1
Authority
EP
European Patent Office
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exhaust gas
aftertreatment device
gas aftertreatment
starting material
value
Prior art date
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Pending
Application number
EP23767819.8A
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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
Publication of EP4581250A1 publication Critical patent/EP4581250A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a drive device for a motor vehicle, which has a drive unit that generates exhaust gas and an exhaust gas aftertreatment device for aftertreatment of the exhaust gas.
  • the invention further relates to a drive device for a motor vehicle.
  • the publication DE 10 2004 017 274 A1 is known from the prior art.
  • This describes a method for diagnosing emissions in a multi-row emissions system, the method comprising the steps of: obtaining a plurality of emissions measurements, each of the measurements corresponding to a row of the multi-row emissions system; converting each measurement into a scaled value as a percentage of a threshold; adding the scaled values to obtain a total emissions value for the multi-row emissions system; and triggering an alert when the total emissions value exceeds the threshold.
  • a first value of an aging variable describing its state is determined and for at least one exhaust gas component of the exhaust gas from a first starting material fraction of the exhaust gas component present downstream of the exhaust gas aftertreatment device, a second starting material fraction is determined, which at a Replacing the exhaust gas aftertreatment device with another exhaust gas aftertreatment device that is identical in construction and has a second value of the aging variable that is different from the first value would or will occur.
  • the drive device serves to drive the motor vehicle, i.e. to provide a drive torque aimed at driving the motor vehicle.
  • the drive device has the drive unit.
  • the drive unit is supplied with fuel and fresh gas at least temporarily during operation of the drive device, the fresh gas containing fresh air at least temporarily.
  • the fresh gas can have exhaust gas, provided that 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 the fresh gas that are supplied to the drive unit form a fuel-fresh gas mixture with a specific composition, which is reacted in the drive unit.
  • exhaust gas is produced, which is discharged towards an external environment of the drive device or the motor vehicle. Since pollutants are contained in the exhaust gas generated by the drive unit, the exhaust gas is first fed to the exhaust gas aftertreatment device before being released into the external environment. In the exhaust gas aftertreatment device, the pollutants are at least partially converted into less dangerous products. Only after passing through the exhaust gas aftertreatment device is the exhaust gas discharged into the outside environment.
  • the state of the exhaust gas aftertreatment device can be determined, for example, by first determining the storage capacity, in particular the oxygen storage capacity or the ammonia storage capacity, of the exhaust gas aftertreatment device.
  • the status can be derived from this.
  • a defect in the exhaust gas aftertreatment device is detected as soon as the storage capacity falls below a capacity threshold.
  • the calculation variable contained in the reaction equation is determined depending on the storage capacity of the exhaust gas aftertreatment device.
  • the accuracy of the determined starting material proportion is significantly increased.
  • the reaction equation is adjusted towards higher reaction speeds the larger the storage capacity.
  • the reaction equation is adjusted towards smaller reaction speeds the smaller the storage capacity is. Consequently, aging of the exhaust gas aftertreatment device is reliably taken into account.
  • the proportion of starting material determined in the manner described is used as the first proportion of starting material and is therefore used to determine the second proportion of starting material.
  • a further development of the invention provides that the speed constant is determined from the initial speed constant and the adaptation variable. This has already been pointed out.
  • the speed constant results in particular from multiplying the initial speed constant by the adaptation variable.
  • the adjustment size can also be referred to as the reaction speed factor.
  • a further development of the invention provides that the speed constant is corrected with the reaction inhibition variable. It has already been mentioned that memory level can influence the speed of response. This is taken into account via the reaction inhibition size, which is determined from the storage level. Preferably results the calculation variable used in the reaction equation is derived from multiplying the rate constant by the reaction inhibition variable or the reaction speed used in the reaction equation is corrected by multiplying by the reaction inhibition variable. This also results in the high level of accuracy already mentioned.
  • a further development of the invention provides that the at least one calculation variable is determined depending on the storage capacity using a mathematical relationship, a map or a table.
  • the mathematical relationship, the map or the table have the storage capacity as the input variable and the at least one calculation variable as the output variable. If several calculation variables are used in the reaction equation, there is preferably a separate mathematical relationship, a separate map or a table for each of the calculation variables used.
  • maps are used for all calculation variables.
  • one of the calculation variables is determined using a characteristic map and another calculation variable is determined using a mathematical relationship or a table.
  • the mathematical relationship, the characteristic map or the table are preferably stored ex works in the drive device or a control unit of the drive device, in particular in an unchangeable manner. The procedure described enables the exact determination of the starting material proportion of the exhaust gas component.
  • hydrocarbon in particular total hydrocarbon
  • carbon oxide in particular carbon monoxide and/or carbon dioxide
  • hydrogen methane
  • ammonia oxygen
  • nitrogen oxide in particular nitrogen monoxide and/or nitrogen dioxide
  • hydrocarbon is to be understood in particular as any hydrocarbon, for example methane.
  • THC total hydrocarbon
  • the determination of the starting material proportion from the respective input material proportion is carried out for at least one of the exhaust gas components mentioned, but preferably for several of the components. It is particularly preferably carried out for all of the components mentioned.
  • the respective starting material proportion is determined from the respective input material proportion, namely using a respective reaction equation with a respective calculation variable, which is determined depending on the storage capacity of the exhaust gas aftertreatment device. Consequently, the starting material proportions of numerous different exhaust gas components downstream of the exhaust gas aftertreatment device are known.
  • a further development of the invention provides that the input material proportion is determined for a currently existing operating point of the drive unit.
  • the input substance proportion corresponds to a raw emission of the exhaust gas component from the drive unit, in this respect the proportion of the exhaust gas component in the exhaust gas present in the fluid flow between the drive unit and the exhaust gas aftertreatment device.
  • the input material quantity fraction is determined for the at least one exhaust gas component for the currently existing operating point of the drive unit, the operating point being characterized in particular by a speed of the drive unit and/or a drive torque provided by the drive unit.
  • the input material fraction is preferably determined again using a mathematical relationship, a map or a table, with the operating point being used as an input variable and the input material fraction being used as an output variable. This procedure enables the determination of the input material proportion for the at least an exhaust gas component with high accuracy and a corresponding precise determination of the starting material proportion.
  • the dimensionless reaction inhibition variable 0 is also taken into account, so that one can get the relationship arrived.
  • the speed constant k can be solved and the relationship results
  • reaction equation is used for a section of the exhaust gas aftertreatment device and the reaction equation is also used for at least a further section of the exhaust gas aftertreatment device, the at least one calculation variable contained in the reaction equation depending on the storage capacity of the Exhaust gas aftertreatment device is determined, and the starting material proportion determined for the section is used as the input material proportion for the at least one further section.
  • the reaction equation does not describe the entire exhaust gas aftertreatment device, but only the partial section. Accordingly, it is necessary to also carry out a calculation for the at least one further section.
  • the subsection and the at least one further subsection form a component of several subsections into which the exhaust gas aftertreatment device is divided, in particular in the direction of a main flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas aftertreatment device.
  • the input material proportion and the starting material proportion are available.
  • the input material proportion represents the input variable and the output material proportion represents the output variable.
  • the input material proportion of the most upstream of the sections is set equal to the input material proportion present upstream of the exhaust gas aftertreatment device.
  • the proportion of starting material present downstream of the exhaust gas aftertreatment device is set equal to the proportion of starting material of the section located furthest downstream.
  • the respective input substance proportion is set equal to the output substance proportion of the subsections located immediately upstream of the respective subsection.
  • the procedure is analogous to the procedure for the subsection.
  • the temperature is required, the temperature present in the respective section is used. This achieves a high level of accuracy in the method described.
  • the relationship given above for determining the second starting material proportion is also valid in this case. It is valid
  • the invention further relates to a drive device for a motor vehicle, in particular for carrying out the method according to the statements in this description, wherein the drive device has a drive unit that generates exhaust gas and an exhaust gas aftertreatment device for aftertreatment of the exhaust gas.
  • the drive device is intended and designed to determine a first value of an aging variable describing its state during normal operation of the drive device for the exhaust gas aftertreatment device and to determine a second starting material fraction of the exhaust gas component for at least one exhaust gas component of the exhaust gas from a first starting material fraction of the exhaust gas component present downstream of the exhaust gas aftertreatment device , which would or will occur when the exhaust gas aftertreatment device is replaced by another exhaust gas aftertreatment device that is identical in construction and has a second value of the aging variable that is different from the first value.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a region of a drive device, namely an exhaust gas aftertreatment device of the drive device, and
  • Figure 2 shows a schematic detailed representation of a partial section of the exhaust gas aftertreatment device.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a region of a drive device 1 for a motor vehicle, namely an exhaust gas aftertreatment device 2.
  • the exhaust gas aftertreatment device 2 is here in the form of a vehicle catalytic converter. It has an inlet port 3 and an outlet port 4. Exhaust gas from a drive unit of the drive device 1 is supplied to the exhaust gas aftertreatment device 2 via the inlet connection 3. The exhaust gas flows through the exhaust gas aftertreatment device 2 starting from the inlet port 3 in the direction of the outlet port S4 and flows out of the exhaust gas aftertreatment device 2 through the outlet port 4 towards an external environment.
  • the input material fraction yi corresponds to the input material fraction yi present upstream of the exhaust gas aftertreatment device 2.
  • the input material proportion yi is set equal to the output material proportion y2 of the immediately preceding section 5.
  • the starting material proportion yo downstream of the exhaust gas aftertreatment device 2 is set equal to the starting material proportion y2 of the section 5 closest to the outlet port 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1) für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) zur Nachbehandlung des Abgases verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass während eines bestimmungsgemäßen Betriebs der Antriebseinnchtung (1) für die Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) ein erster Wert einer ihren Zustand beschreibenden Alterungsgröße bestimmt wird und für wenigstens eine Abgaskomponente des Abgases aus einem stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) vorliegenden ersten Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente ein zweiter Ausgangsstoffmengenanteil ermittelt wird, der bei einem Austausch der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) gegen eine baugleiche und einen von dem ersten Wert verschiedenen zweiten Wert der Alterungsgroße aufweisende andere Abgasnachbehandlungseinrichtung auftreten würde. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung (1) fiur 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 und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases verfügt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2004 017 274 A1 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zum Diagnostizieren von Emissionen in einem mehrreihigen Emissionssystem, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Beschaffen einer Vielzahl von Emissionsmesswerten, wobei jeder der Messwerte einer Reihe des mehrreihigen Emissionssystems entspricht; Umrechnen jedes Messwerts in einen skalierten Wert als Prozentsatz eines Schwellenwerts; Addieren der skalierten Werte, um einen Gesamtemissionswert für das mehrreihige Emissionssystem zu erhalten; und Auslösen eines Hinweises, wenn der Gesamtemissionswert den Schwellenwert überschreitet.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine zuverlässige Beurteilung eines Alterseinflusses auf die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermöglicht. Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass während eines bestimmungsgemäßen Betriebs der Antriebseinrichtung für die Abgasnachbehandlungseinrichtung ein erster Wert einer ihren Zustand beschreibenden Alterungsgröße bestimmt wird und für wenigstens eine Abgaskomponente des Abgases aus einem stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden ersten Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente ein zweiter Ausgangsstoffmengenanteil ermittelt wird, der bei einem Austausch der Abgasnachbehandlungseinrichtung gegen eine baugleiche und einen von dem ersten Wert verschiedenen zweiten Wert der Alterungsgröße aufweisende andere Abgasnachbehandlungseinrichtung auftreten würde beziehungsweise auftreten wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Beschreibung erläuterten Ausführungsbeispiele nicht beschränkend sind; vielmehr sind beliebige Variationen der in der Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Figuren offenbarten Merkmale realisierbar.
Die Antriebseinrichtung dient dem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments weist die Antriebseinrichtung das Antriebsaggregat auf. Dem Antriebsaggregat wird während eines Betriebs der Antriebseinrichtung zumindest zeitweise Kraftstoff und Frischgas zugeführt, wobei das Frischgas zumindest zeitweise Frischluft enthält. Zusätzlich kann das Frischgas Abgas aufweisen, sofern eine Abgasrückführung realisiert ist, bei welcher das von dem Antriebsaggregat erzeugte Abgas zumindest teilweise wieder in das Antriebsaggregat zurückgeführt wird, nämlich als Bestandteil des Frischgases. Der Kraftstoff und das Frischgas, die dem Antriebsaggregat zugeführt werden, bilden ein Kraftstoff-Frischgas-Gemisch mit einer bestimmten Zusammensetzung, das in dem Antriebsaggregat zur Reaktion gebracht wird. Während des Betriebs des Antriebsaggregats fällt aufgrund der chemischen Reaktion von Kraftstoff und Frischgas miteinander Abgas an, welches in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs abgeführt wird. Da in dem von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgas Schadstoffe enthalten sind, wird das Abgas vor dem Entlassen in die Außenumgebung zunächst der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt. In der Abgasnachbehandlungseinrichtung werden die Schadstoffe zumindest teilweise in ungefährlichere Produkte umgesetzt. Erst nach dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird das Abgas in die Außenumgebung abgeführt.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt beispielsweise als Fahrzeugkatalysator vor, insbesondere als Drei-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, NOx-Speicherkatalysator oder als SCR-Katalysator. Sie kann jedoch auch als Partikelfilter, insbesondere als Otto-Partikelfilter oder als Diesel-Partikelfilter ausgestaltet sein, bevorzugt mit integriertem Fahrzeugkatalysator, beispielsweise mit einer katalytischen Beschichtung. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung weist eine bestimmte Speicherkapazität für eine weitere Abgaskomponente auf. Unter der weiteren Abgaskomponente ist eine Abgaskomponente zu verstehen, die der wenigstens einen Abgaskomponente entsprechen kann, bevorzugt jedoch von dieser verschieden ist. Beispielsweise ist die weitere Abgaskomponente Sauerstoff, insbesondere falls das Antriebsaggregat als Otto-Brennkraftmaschine ausgestaltet ist. Liegt das Antriebsaggregat hingegen als Diesel-Brennkraftmaschine vor, so ist die weitere Abgaskomponente bevorzugt Ammoniak. Besonders bevorzugt kommt in letzterem Fall als Abgasnachbehandlungseinrichtung der bereits erwähnte SCR-Katalysator zur Anwendung.
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 Speicherbeladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ab, welche wiederum in Zusammenhang mit der Zusammensetzung des Abgases steht. Unter der Speicherbeladung ist eine Beladung der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit einer weiteren Abgaskomponente zu verstehen, also die Menge der in der Abgasnachbehandlungseinrichtung zwischengespeicherten weiteren Abgaskomponente. Zusätzlich beeinflusst ein Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung die Umwandlungsrate. Unter dem Zustand ist insbesondere ein Alterungszustand zu verstehen, der über die Lebensdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung hinweg stetig schlechter wird.
Der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung kann beispielsweise ermittelt werden, indem zunächst die Speicherkapazität, insbesondere die Sauerstoffspeicherkapazität oder die Ammoniakspeicherkapazität, der Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmt wird. Aus dieser kann der Zustand abgeleitet werden. Vorzugsweise wird auf einen Defekt der Abgasnachbehandlungseinrichtung erkannt, sobald die Speicherkapazität einen Kapazitätsschwellenwert unterschreitet.
Die von der Antriebseinrichtung in die Außenumgebung entlassenen Menge der Abgaskomponente ist von zahlreichen Faktoren abhängig. So wird sie beispielsweise von dem Antriebsaggregat und seinen einzelnen Komponenten bestimmt, zusätzlich jedoch auch durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung. Wird festgestellt, dass die Menge der Abgaskomponente stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu groß ist, beispielsweise weil der erste Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente einen Schwellenwert überschreitet, so kann dies zahlreiche Ursachen haben. Insoweit wird nach einer einfachen Möglichkeit gesucht, um mit geringem Rechenaufwand auf diejenige Komponente zu schließen, welche die Überschreitung des Schwellenwerts durch den ersten Ausgangsstoffmengenanteil verursacht. Die Abgaskomponente ist grundsätzlich ein beliebiger Bestandteil des Abgases.
Im Falle der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird hierzu während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Antriebseinrichtung der erste Wert der Alterungsgröße ermittelt. Die Alterungsgröße beschreibt den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere ihr Alter. Beispielsweise wird die Alterungsgröße beziehungsweise der erste Wert aus einem kalendarischen Alter der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere der Differenz zwischen dem momentanen Datum und dem Herstellungsdatum oder Inbetriebnahmedatum der Abgasnachbehandlungseinrichtung, und/oder einer Betriebsdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt. Oder Betriebsdauer ist hierbei eine kumulierte Dauer zu verstehen, über welche hinweg die Abgasnachbehandlungseinrichtung von Abgas durchströmt wurde.
Aus dem ersten Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente, der stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegt, wird der zweite Ausgangsstoffmengenanteil ermittelt, nämlich unter Verwendung der Alterungsgröße beziehungsweise des ersten Werts der Alterungsgröße. Unter dem zweiten Ausgangsstoffmengenanteil wird hierbei derjenige Ausgangsstoffmengenanteil verstanden, der stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung nach dem Austausch der Abgasnachbehandlungseinrichtung gegen die andere Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegen würde beziehungsweise nach einem tatsächlichen Austausch vorliegt. Der erste beziehungsweise zweite Ausgangsstoffmengenanteil beschreibt den Anteil der Stoffmenge der Abgaskomponente an der Stoffmenge des Abgases. Der Ausgangsstoffmengenanteil ist als Molenbruch angegeben und beschreibt insoweit quantitativ die Zusammensetzung des Abgases.
Die andere Abgasnachbehandlungseinrichtung ist baugleich zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung, weist jedoch einen anderen Wert der Alterungsgröße auf. Insbesondere ist der der anderen Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeordnete zweite Wert der Alterungsgröße derart gewählt, dass er einer Abgasnachbehandlungseinrichtung entspricht, welche jünger ist als die Abgasnachbehandlungseinrichtung. Zur besseren Differenzierung wird im Rahmen dieser Beschreibung die Abgasnachbehandlungseinrichtung auch als erste Abgasnachbehandlungseinrichtung bezeichnet, die andere Abgasnachbehandlungseinrichtung auch als zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung. Das Ermitteln des zweiten Ausgangsstoffmengenanteils erfolgt während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Antriebseinrichtung. Hierunter ist zu verstehen, dass es während eines normalen Fährbetriebs des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird. Vorzugsweise erfolgt das Ermitteln mehrfach beziehungsweise periodisch, beispielsweise in regelmäßigen oder unregelmäßigen Zeitabständen. Es kann auch - soweit technisch sinnvoll und möglich - permanent, also durchgehend, durchgeführt werden. Der zweite Ausgangsstoffmengenanteil wird also nicht lediglich einmalig ermittelt, sondern mehrfach, insbesondere während jedes Betriebs der Antriebseinrichtung mehrfach. Hierdurch ist eine zuverlässige Überwachung des Antriebsaggregats sichergestellt.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, anhand des ersten Ausgangsstoffmengenanteils und des zweiten Ausgangsstoffmengenanteils auf die Notwendigkeit eines Austauschs der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu schließen. Bevorzugt wird bei einem Überschreiten des bereits erwähnten Schwellenwerts durch den ersten Ausgangsstoffmengenanteil der zweite Ausgangsstoffmengenanteil mit dem Schwellenwert verglichen. Ist er ebenfalls größer als der Schwellenwert, so wird das Überschreiten des Schwellenwerts nicht oder zumindest nicht nur von der Abgasnachbehandlungseinrichtung verursacht. Ist der zweite Ausgangsstoffmengenanteil hingegen niedriger als der Schwellenwert, so kann allein durch den Austausch der Abgasnachbehandlungseinrichtung voraussichtlich ein hinreichend geringer Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente erzielt werden, ohne weitere Komponenten der Antriebseinrichtung auszutauschen oder zumindest zu überprüfen. Entsprechend kann mit der beschriebenen Vorgehensweise äußerst effizient festgestellt werden, ob die Abgasnachbehandlungseinrichtung ausgetauscht werden muss.
Es kann vorgesehen sein, nicht unmittelbar den ersten Ausgangsstoffmengenanteil beziehungsweise den zweiten Ausgangsstoffmengenanteil mit dem Schwellenwert zu vergleichen, sondern dieses Vergleichen lediglich mittelbar vorzunehmen. In diesem Fall ist es bevorzugt vorgesehen, aus dem jeweiligen Ausgangsstoffmengenanteil, also aus dem ersten Ausgangsstoffmengenanteil und/oder dem zweiten Ausgangsstoffmengenanteil, jeweils eine Größe abzuleiten und diese mit dem Schwellenwert zu vergleichen. Beispielsweise wird aus dem jeweiligen Ausgangsstoffmengenanteil und einem Massendurchsatz des Abgases, insbesondere dem Abgasmassenstrom, ein Durchsatz der Abgaskomponente ermittelt. Vorzugsweise wird der Durchsatz über der Zeit aufintegriert, sodass sich eine Menge der Abgaskomponente ergibt. Aus dieser Menge kann unter Verwendung der von dem Kraftfahrzeug in der Zeit zurückgelegten Strecke eine streckenbezogene Menge ermittelt werden, zum Beispiel in der Einheit g/km. Die streckenbezogene Menge wird dann mit dem Schwellenwert verglichen und auf die vorstehend beschriebene Art und Weise vorgegangen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der erste Wert der Alterungsgröße aus einer Speicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine weitere Abgaskomponente bestimmt wird und/oder als zweiter Wert für die andere Abgasnachbehandlungseinrichtung ein einer fabrikneuen Abgasnachbehandlungseinrichtung entsprechender Wert verwendet wird. Auf die Verwendung der Speicherkapazität zum Bestimmen des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung wurde bereits hingewiesen. Der erste Wert der Alterungsgröße liegt als Funktion dieser Speicherkapazität vor. Beispielsweise entspricht der erste Wert einem Verhältnis zwischen der momentan vorliegenden Speicherkapazität und einer Ausgangsspeicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Die Ausgangsspeicherkapazität ist beispielsweise diejenige Speicherkapazität, welche die Abgasnachbehandlungseinrichtung bei ihrer Inbetriebnahme aufweist. Beispielsweise entspricht sie einem Maximalwert der Speicherkapazität über die Lebensdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung hinweg. Die Ausgangsspeicherkapazität ist insoweit die höchste Speicherkapazität, welche die Abgasnachbehandlungseinrichtung über ihre Betriebsdauer hinweg aufweist. Üblicherweise entspricht bei einem fabrikneuen Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung die Speicherkapazität der Ausgangskapazität. Zusätzlich oder alternativ wird der zweite Wert gleich einem Wert gesetzt, welchen die Alterungsgröße bei der fabrikneuen Abgasnachbehandlungseinrichtung aufweist. Dies ermöglicht es, festzustellen, welche Auswirkungen der Austausch der Abgasnachbehandlungseinrichtung gegen die fabrikneue Abgasnachbehandlungseinrichtung hätte. Mit der beschriebenen Vorgehensweise ist eine rasche Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung möglich.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass aus dem ersten Wert und dem zweiten Wert ein Alterungsfaktor ermittelt wird und mittels einer den Alterungsfaktor berücksichtigenden mathematischen Beziehung der zweite Ausgangsstoffmengenanteil aus dem ersten Ausgangsstoffmengenanteil ermittelt wird. Der Alterungsfaktor liegt insoweit als Funktion des ersten Werts und des zweiten Werts der Alterungsgröße vor. Beispielsweise entspricht der Alterungsfaktor dem Ergebnis einer Division des ersten Werts durch den zweiten Wert. Nach dem Bestimmen des Alterungsfaktors wird die den Alterungsfaktor berücksichtigende mathematische Beziehung dazu verwendet, den zweiten Ausgangsstoffmengenanteil aus dem ersten Ausgangsstoffmengenanteil zu ermitteln. Bevorzugt findet hierbei zusätzlich ein stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegender Eingangsstoffmengenanteil Berücksichtigung. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht wiederum die effiziente Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als mathematische Beziehung der Zusammenhang verwendet wird, wobei x der Alterungsfaktor, yi ein stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegender Eingangsstoffmengenanteil, y2,ait der erste Ausgangsstoffmengenanteil und y2,neu der zweite Ausgangsstoffmengenanteil ist. Der Zusammenhang kann wie folgt hergeleitet werden: Der Ausgangsstoffmengenanteil kann für die erste Abgasnachbehandlungseinrichtung mit und für die zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung mit angegeben werden. Der Alterungsfaktor x wird als definiert. Hieraus ergibt sich und schließlich
Hierin findet sich der vorstehend definierte Ausdruck wieder, sodass die Beziehung in y2,neu\X y2,ait — yi > yi ) umgeschrieben werden kann. Dies umgestellt ergibt
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass bei einem Überschreiten eines Schwellenwerts durch den ersten Ausgangsstoffmengenanteil und einem gleichzeitigen Unterschreiten des Schwellenwerts durch den zweiten Ausgangsstoffmengenanteil ein Austauschsignal erzeugt wird, das die Notwendigkeit eines Austauschs der Abgasnachbehandlungseinrichtung anzeigt.
Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Vorzugsweise wird das Austauschsignal nur dann erzeugt, wenn gleichzeitig der erste Ausgangsstoffmengenanteil den Schwellenwert überschreitet und der zweite Ausgangsstoffmengenanteil den Schwellenwert unterschreitet. Überschreiten sowohl der erste Ausgangsstoffmengenanteil als auch der zweite Ausgangsstoffmengenanteil den Schwellenwert, so unterbleibt das Erzeugen des Austauschsignals, da ein Austausch der Abgasnachbehandlungseinrichtung voraussichtlich keinen Effekt hätte.
Das Austauschsignal wird vorzugsweise in einem Fehlerspeicher der Antriebseinrichtung hinterlegt, sodass es nachfolgend ausgelesen werden kann. Zusätzlich oder alternativ wird das Austauschsignal einem Fahrer des Kraftfahrzeugs angezeigt, insbesondere optisch und/oder akustisch. Entsprechend wird der Fahrer auf die Notwendigkeit des Austauschs der Abgasnachbehandlungseinrichtung hingewiesen. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht es, die Notwendigkeit des Austauschs der Abgasnachbehandlungseinrichtung rasch und zuverlässig zu erkennen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass aus dem stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Eingangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente ein stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegender Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente mittels einer Reaktionsgleichung ermittelt wird, wobei wenigstens eine in der Reaktionsgleichung enthaltene Berechnungsgröße in Abhängigkeit von der Speicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung für die weitere Abgaskomponente bestimmt wird, und wobei der Ausgangsstoffmengenanteil als erster Ausgangsstoffmengenanteil verwendet wird.
Aufgrund der stetig strenger werdenden Abgasvorschriften ist es notwendig, die stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegende Menge an Schadstoffen zu ermitteln. Hierzu kann beispielsweise eine Messung vorgenommen werden. Dies ist jedoch aufwendig, insbesondere falls für eine Vielzahl von Abgaskomponenten Messungen vorgenommen werden müssten. Vielfach ist das Messen zudem nicht sinnvoll möglich. Aus diesem Grund ist es vorgesehen, eine Berechnung für die wenigstens eine Abgaskomponente vorzunehmen. Die Abgaskomponente ist grundsätzlich ein beliebiger Bestandteil des Abgases, insbesondere eine Komponente, deren Ausgangsstoffmengenanteil stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht gemessen wird oder nicht gemessen werden kann.
Die Berechnung baut auf auf dem stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Eingangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente auf. Der Eingangsstoffmengenanteil beschreibt den Anteil der Stoffmenge der Abgaskomponente an der Stoffmenge des Abgases. Der Eingangsstoffmengenanteil ist als Molenbruch angegeben und beschreibt insoweit quantitativ die Zusammensetzung des Abgases. Aus dem Eingangsstoffmengenanteil wird der Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente ermittelt, der stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegt. Auch der Ausgangsstoffmengenanteil beschreibt die Zusammensetzung des Abgases quantitativ, wobei die Stoffmenge der Abgaskomponente stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ins Verhältnis zu der Stoffmenge des dort vorliegenden Abgases gesetzt wird. Auch der Ausgangsstoffmengenanteil liegt insoweit als Molenbruch vor. Das Ermitteln des Ausgangsstoffmengenanteils aus dem Eingangsstoffmengenanteil wird unter Verwendung der Reaktionsgleichung vorgenommen. Die Reaktionsgleichung beschreibt hierbei die Veränderung des Stoffmengenanteils der Abgaskomponente während des Durchlaufens der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch das Abgas. Da sich jedoch die Umwandlungsrate beziehungsweise die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit der Zeit ändert, ist eine Anpassung der Reaktionsgleichung an den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung notwendig, um den Ausgangsstoffmengenanteil mit hoher Genauigkeit zu ermitteln.
Aus diesem Grund wird die Berechnungsgröße, die in der Reaktionsgleichung enthalten ist, in Abhängigkeit von der Speicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung bestimmt. Durch das Einfließen der Speicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung in die Reaktionsgleichung wird die Genauigkeit des ermittelten Ausgangsstoffmengenanteils deutlich erhöht. Insbesondere wird die Reaktionsgleichung in Richtung größerer Reaktionsgeschwindigkeiten angepasst, je größer die Speicherkapazität ist. Umgekehrt wird die Reaktionsgleichung in Richtung kleinerer Reaktionsgeschwindigkeiten angepasst, je kleiner die Speicherkapazität ist. Folglich wird eine Alterung der Abgasnachbehandlungseinrichtung zuverlässig berücksichtigt. Der auf die beschriebene Art und Weise ermittelte Ausgangsstoffmengenanteil wird als erster Ausgangsstoffmengenanteil verwendet und folglich zum Ermitteln des zweiten Ausgangsstoffmengenanteils herangezogen.
Beispielsweise ist es vorgesehen, bei einem Überschreiten eines Schwellenwerts durch den Ausgangsstoffmengenanteil auf einen Fehler der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu erkennen. In diesem Fall kann zum Beispiel dem Fahrer des Kraftfahrzeugs ein Fehlersignal angezeigt und/oder das Antriebsaggregat derart angesteuert werden, dass sich der Ausgangsstoffmengenanteil in Richtung des Schwellenwerts verändert, insbesondere bis auf diesen. Falls die Ausgangsstoffmengenanteile mehrerer Abgaskomponenten ermittelt werden, so wird vorzugsweise jeder Abgaskomponente ein separater Schwellenwert zugeordnet, mit welchem der jeweilige Ausgangsstoffmengenanteil verglichen wird. Wiederum kann es bei dieser Vorgehensweise vorgesehen sein, aus dem jeweiligen Ausgangsstoffmengenanteil die streckenbezogene Menge zu ermitteln und diese mit dem Schwellenwert zu vergleichen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als die wenigstens eine Berechnungsgröße eine der folgenden Größen verwendet wird: Geschwindigkeitskonstante, Ausgangsgeschwindigkeitskonstante, Anpassungsgröße, Aktivierungsenergie und Reaktionshemmungsgröße. Unter der Geschwindigkeitskonstante ist insbesondere die Geschwindigkeitskonstante der für die Abgaskomponente ablaufenden chemischen Reaktion in der Abgasnachbehandlungseinrichtung zu verstehen. Die Geschwindigkeitskonstante ist üblicherweise temperaturabhängig und liegt insoweit zumindest als Funktion der Temperatur und hier zusätzlich als Funktion der Speicherkapazität vor.
Die Geschwindigkeitskonstante kann in die Ausgangsgeschwindigkeitskonstante und die Anpassungsgröße unterteilt beziehungsweise aus diesen Größen ermittelt werden. Vorzugsweise ergibt sich die Geschwindigkeitskonstante aus einer Multiplikation der Ausgangsgeschwindigkeitskonstante mit der Anpassungsgröße. Die Ausgangsgeschwindigkeitskonstante beschreibt hierbei die Geschwindigkeitskonstante bei einer definierten Temperatur, insbesondere bei einer Ausgangstemperatur To. Die Ausgangstemperatur entspricht vorzugsweise einer Temperatur bei Standardbedingungen, beispielsweise beträgt sie 0 °C oder 20 °C. Die Ausgangsgeschwindigkeitskonstante liegt entsprechend für eine konstante Temperatur vor und ist daher für eine gegebene Abgaskomponente nur von der Speicherkapazität abhän- gig
Die Anpassungsgröße beschreibt den Einfluss der Temperatur auf die Geschwindigkeitskonstante, ausgehend von der Ausgangsgeschwindigkeitskonstante. Sie beruht insoweit insbesondere auf der Ausgangstemperatur und der momentanen Temperatur. Die Anpassungsgröße ist von der Temperatur und der Speicherkapazität abhängig. Zusätzlich kann in die Anpassungsgröße die Aktivierungsenergie einfließen. Unter der Aktivierungsenergie ist diejenige Energie zu verstehen, welche überwunden werden muss, damit die von der Reaktionsgleichung beschriebene chemische Reaktion ablaufen kann. Die Aktivierungsenergie ist für eine gegebene Abgaskomponente allein von der Speicherkapazität abhängig.
Die Reaktionshemmungsgröße schließlich beschreibt den Einfluss eines momentanen Speicherfüllstands der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit der weiteren Abgaskomponente auf die Reaktionsgeschwindigkeit beziehungsweise die Geschwindigkeitskonstante. Die Reaktionshemmungsgröße ist insoweit vorzugsweise sowohl von dem Speicherfüllstand als auch von der Speicherkapazität abhängig beziehungsweise liegt als Funktion von diesen vor. Wenigstens eine der genannten Größen findet in der Reaktionsgleichung Berücksichtigung. Beispielsweise werden jedoch mehrere oder sogar alle der Größen im Rahmen der Reaktionsgleichung verwendet, um den Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente zu ermitteln. Bevorzugt finden die Ausgangsgeschwindigkeitskonstante, die Aktivierungsenergie und die Reaktionshemmungsgröße als von der Speicherkapazität abhängige Berechnungsgrößen in der Reaktionsgleichung Anwendung. Hierdurch wird eine besonders hohe Genauigkeit erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Geschwindigkeitskonstante aus der Ausgangsgeschwindigkeitskonstante und der Anpassungsgröße ermittelt wird. Hierauf wurde bereits hingewiesen. Die Geschwindigkeitskonstante ergibt sich insbesondere aus einer Multiplikation der Ausgangsgeschwindigkeitskonstante mit der Anpassungsgröße. Die Anpassungsgröße kann insoweit auch als Reaktionsgeschwindigkeitsfaktor bezeichnet werden. Die Verwendung der beiden Größen zum Ermitteln der Geschwindigkeitskonstante ermöglicht die hohe Genauigkeit bei dem Ermitteln des Ausgangsstoffmengenanteils.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Geschwindigkeitskonstante mit der Reaktionshemmungsgröße korrigiert wird. Es wurde bereits erwähnt, dass der Speicherfüllstand die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen kann. Dies wird über die Reaktionshemmungsgröße berücksichtigt, welche aus dem Speicherfüllstand ermittelt wird. Vorzugsweise ergibt sich die in der Reaktionsgleichung verwendete Berechnungsgröße aus einer Multiplikation der Geschwindigkeitskonstante mit der Reaktionshemmungsgröße beziehungsweise wird die in der Reaktionsgleichung verwendete Reaktionsgeschwindigkeit durch Multiplikation mit der Reaktionshemmungsgröße korrigiert. Auch hierdurch ergibt sich die bereits erwähnte hohe Genauigkeit.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die wenigstens eine Berechnungsgröße in Abhängigkeit von der Speicherkapazität mittels einer mathematischen Beziehung, einem Kennfeld oder einer Tabelle ermittelt wird. Die mathematische Beziehung, das Kennfeld oder die Tabelle weisen insoweit als Eingangsgröße die Speicherkapazität und als Ausgangsgröße die wenigstens eine Berechnungsgröße auf. Finden mehrere Berechnungsgrößen in der Reaktionsgleichung Verwendung, so liegt vorzugsweise für jede der verwendeten Berechnungsgrößen eine separate mathematische Beziehung, ein separates Kennfeld oder eine Tabelle vor.
Beispielsweise werden für alle Berechnungsgrößen Kennfelder herangezogen. Es kann jedoch selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass eine der Berechnungsgröße mittels eines Kennfelds und eine andere Berechnungsgröße mittels einer mathematischen Beziehung oder einer Tabelle bestimmt wird. Die mathematische Beziehung, das Kennfeld oder die Tabelle werden vorzugsweise bereits ab Werk in der Antriebseinrichtung beziehungsweise einem Steuergerät der Antriebseinrichtung hinterlegt, insbesondere unveränderlich. Die beschriebene Vorgehensweise ermöglicht das genaue Ermitteln des Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als die wenigstens eine Abgaskomponente eine der folgenden Komponenten verwendet wird: Kohlenwasserstoff, insbesondere Gesamtkohlenwasserstoff, Kohlenstoffoxid, insbesondere Kohlenstoffmonoxid und/oder Kohlenstoffdioxid, Wasserstoff, Methan, Ammoniak, Sauerstoff und Stickstoffoxid, insbesondere Stickstoffmonoxid und/oder Stickstoffdioxid. Unter dem Kohlenwasserstoff ist insbesondere ein beliebiger Kohlenwasserstoff zu verstehen, beispielsweise Methan. Besonders bevorzugt wird jedoch der Gesamtkohlenwasserstoff (THC) herangezogen, also mehrere oder alle in dem Abgas vorliegenden Kohlenwasserstoffe.
Das Ermitteln des Ausgangsstoffmengenanteils aus dem jeweiligen Eingangsstoffmengenanteil wird für wenigstens eine der genannten Abgaskomponenten vorgenommen, bevorzugt jedoch für mehrere der Komponenten. Besonders bevorzugt wird es für alle der genannten Komponenten durchgeführt. Das bedeutet, dass für jede der genannten Komponenten aus dem jeweiligen Eingangsstoffmengenanteil der jeweilige Ausgangsstoffmengenanteil ermittelt wird, nämlich unter Verwendung einer jeweiligen Reaktionsgleichung mit einer jeweiligen Berechnungsgröße, die in Abhängigkeit von der Speicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt wird. Folglich sind die Ausgangsstoffmengenanteile zahlreicher unterschiedlicher Abgaskomponenten stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Eingangsstoffmengenanteil für einen momentan vorliegenden Betriebspunkt des Antriebsaggregats ermittelt wird. Der Eingangsstoffmengenanteil entspricht einer Rohemission der Abgaskomponente aus dem Antriebsaggregat, insoweit also dem Stoffmengenanteil der Abgaskomponente an dem strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Abgas. Der Eingangsstoffmengenanteil wird für die wenigstens eine Abgaskomponente für den momentan vorliegenden Betriebspunkt des Antriebsaggregats ermittelt, wobei sich der Betriebspunkt insbesondere durch eine Drehzahl des Antriebsaggregats und/oder ein von dem Antriebsaggregat bereitgestelltes Antriebsdrehmoment auszeichnet.
Das Ermitteln des Eingangsstoffmengenanteil erfolgt vorzugsweise wiederum mittels einer mathematischen Beziehung, einem Kennfeld oder einer Tabelle, wobei der Betriebspunkt als Eingangsgröße und der Eingangsstoffmengenanteil als Ausgangsgröße verwendet wird. Diese Vorgehensweise ermöglicht die Ermittlung des Eingangsstoffmengenanteil für die wenigstens eine Abgaskomponente mit hoher Genauigkeit und entsprechend eine präzise Bestimmung des Ausgangsstoffmengenanteil.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Reaktionsgleichung die Beziehung verwendet wird, wobei yi der Eingangsstoffmengenanteil, y2 der Ausgangsstoffmengenanteil, k die Geschwindigkeitskonstante, E die Aktivierungsenergie, R die allgemeine Gaskonstante, To die Temperatur bei Standardbedingungen, T die momentane Temperatur, 9 die Reaktionshemmungsgröße, I eine Länge und h ein flächenbezogener Stoffmengendurchsatz ist.
Die Beziehung wird wie folgt hergeleitet: wobei y der dimensionslose Stoffmengenanteil der Abgaskomponente und r die Reaktionsgeschwindigkeit in der Einheit mol/(s m3) ist. Der Stoffmengendurchsatz hat die Einheit mol/(s m2). Mit r = k(T) y wobei k die Geschwindigkeitskonstante in der Einheit mol/(s m3) ist, ergibt sich folglich die Beziehung dy n— = - (T) y
Durch Umstellen erhält man dy fc(T)
- = - ; — al y n
Wird diese Beziehung aufintegriert, gelangt man zu
Dies umgeformt erhält man
Schließlich ergibt sich die Beziehung
In dieser wird zusätzlich noch die dimensionslose Reaktionshemmungsgröße 0 berücksichtigt, sodass man zu der Beziehung gelangt. In dieser kann wiederum die Geschwindigkeitskonstante k aufgelöst werden und es ergibt sich die Beziehung
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Reaktionsgleichung für einen Teilabschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendet wird und für wenigstens einen weiteren Teilabschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung ebenfalls die Reaktionsgleichung herangezogen wird, wobei die wenigstens eine in der Reaktionsgleichung enthaltene Berechnungsgröße in Abhängigkeit von der Speicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt wird, und wobei der für den Teilabschnitt ermittelte Ausgangsstoffmengenanteil für den mindestens einen weiteren Teilabschnitt als Eingangsstoffmengenanteil verwendet wird.
Die Reaktionsgleichung beschreibt insoweit nicht die gesamte Abgasnachbehandlungseinrichtung, sondern lediglich den Teilabschnitt. Entsprechend ist es notwendig, eine Berechnung auch für den wenigstens einen weiteren Teilabschnitt durchzuführen. Der Teilabschnitt und der wenigstens eine weitere Teilabschnitt bilden einen Bestandteil von mehreren Teilabschnitten, in welche die Abgasnachbehandlungseinrichtung unterteilt ist, insbesondere in Richtung einer Hauptströmungsrichtung des Abgases durch die Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Für jeden der Teilabschnitte, also insbesondere für den Teilabschnitt und den wenigstens einen weiteren Teilabschnitt, liegt der Eingangsstoffmengenanteil und der Ausgangsstoffmengenanteil vor. Der Eingangsstoffmengenanteil stellt die Eingangsgröße und der Ausgangsstoffmengenanteil die Ausgangsgröße dar. Der Eingangsstoffmengenanteil des am weitesten stromaufwärts liegenden der Teilabschnitte wird gleich dem stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Eingangsstoffmengenanteil gesetzt. Der stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegende Ausgangsstoffmengenanteil wird gleich dem Ausgangsstoffmengenanteil des am weitesten stromabwärts liegenden Teilabschnitts gesetzt.
Mit Ausnahme des am weitesten stromaufwärts liegenden der Teilabschnitte wird für jeden der Teilabschnitte der jeweilige Eingangsstoffmengenanteil gleich dem Ausgangsstoffmengenanteil des unmittelbar stromaufwärts des jeweiligen Teilabschnitts vorliegende der Teilabschnitte gesetzt. Für jeden der Teilabschnitte wird analog zu der Vorgehensweise für den Teilabschnitt vorgegangen. Allerdings wird, falls die Temperatur benötigt wird, die in dem jeweiligen Teilabschnitts vorliegende Temperatur verwendet. Hierdurch wird eine hohe Genauigkeit des beschriebenen Verfahrens erzielt. Die vorstehend angegebene Beziehung zur Ermittlung des zweiten Ausgangsstoffmengenanteils ist auch in diesem Fall gültig. Es gilt nämlich
-(4z y2 = yie kn J
Für eine neue Abgasnachbehandlungseinrichtung mit rein beispielhaft fünf Teilabschnitten ergibt sich hieraus wobei r die Reaktionsgeschwindigkeit und L die Gesamtlänge der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist. Für eine gealterte Abgasnachbehandlungseinrichtung wird angenommen, dass
1 alt ~~ * neu gilt. Hiermit kann die Beziehung aufgestellt werden. Diese kann zu umgeschrieben werden.
Aus den angegebenen Beziehungen folgen und
Hieraus ergibt sich erneut
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 und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases verfügt. Dabei ist die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet, während eines bestimmungsgemäßen Betriebs der Antriebseinrichtung für die Abgasnachbehandlungseinrichtung einen ersten Wert einer ihren Zustand beschreibenden Alterungsgröße zu bestimmen und für wenigstens eine Abgaskomponente des Abgases aus einem stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden ersten Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente einen zweiten Ausgangsstoffmengenanteil zu ermitteln, der bei einem Austausch der Abgasnachbehandlungseinrichtung gegen eine baugleiche und einen von dem ersten Wert verschiedenen zweiten Wert der Alterungsgröße aufweisende andere Abgasnachbehandlungseinrichtung auftreten würde beziehungsweise auftreten wird.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Ausführungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Antriebseinrichtung, nämlich einer Abgasnachbehandlungseinrichtung der Antriebseinrichtung, sowie
Figur 2 eine schematische Detaildarstellung eines Teilabschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Antriebseinrichtung 1 für ein Kraftfahrzeug, nämlich einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 2. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 liegt hier in Form eines Fahrzeugkatalysators vor. Sie weist einen Einlassanschluss 3 und einen Auslassanschluss 4 auf. Über den Einlassanschluss 3 wird der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 Abgas eines Antriebsaggregats der Antriebseinrichtung 1 zugeführt. Das Abgas durchströmt die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 ausgehend von dem Einlassanschluss 3 in Richtung des Auslassanschluss S4 und strömt durch den Auslassanschluss 4 aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 in Richtung einer Außenumgebung aus.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 ist in mehrere Teilabschnitte 5 unterteilt, in welchen katalytisch wirksames Material vorliegt. Stromaufwärts der Teilabschnitte 5 weist eine Abgaskomponente einen Eingangsstoffmengenanteil yi auf. Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung weist die Abgaskomponente eine Ausgangsstoffmengenanteil yo auf. Für jeden der Teilabschnitte 5 liegt ebenfalls ein Eingangsstoffmengenanteil yi und ein Ausgangsstoffmengenanteil y2 vor, wobei dem Teilabschnitt die Abgaskomponente mit dem Eingangsstoffmengenanteil yi zugeführt und mit dem Ausgangsstoffmengenanteil y2 entnommen wird.
Für den dem Einlassanschluss 3 am nächsten liegenden Teilabschnitt 5 entspricht der Eingangsstoffmengenanteil yi dem stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 vorliegenden Eingangsstoffmengenanteil yi. Für die sich in Strömungsrichtung des Abgases anschließenden Teilabschnitte 5 wird jeweils der Eingangsstoffmengenanteil yi gleich dem Ausgangsstoffmengenanteil y2 des unmittelbar vorhergehenden Teilabschnitts 5 gesetzt. Der Ausgangsstoffmengenanteil yo stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 wird gleich dem Ausgangsstoffmengenanteil y2 des dem Auslassanschluss 4 am nächsten liegenden Teilabschnitts 5 gesetzt.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Detaildarstellung eines der Teilabschnitte 5. Dieser weist in Hauptströmungsrichtung des Abgases eine bestimmte Länge I auf und wird von einem bestimmten Abgasmassenstrom durchströmt, der hier als durchströmungsquerschnittsflächenspezifischer Molmassenstrom mit der Einheit mol/(m s2) angegeben ist. Es ist dargestellt, dass sich der Stoffmengenanteil der Abgaskomponente ausgehend von dem Eingangsstoffmengenanteil yi in Richtung des Ausgangsstoffmengenanteils y2 verringert und hierbei einen bestimmten Gradienten aufweist, der als dy/dl angegeben werden kann. Aufsummiert beziehungsweise aufintegriert über die Länge I des Teilabschnitts 5 ergibt sich somit der Ausgangsstoffmengenanteil y2 aus dem Eingangsstoffmengenanteil yi. Mit der beschriebenen Vorgehensweise kann eine äußerst hohe Genauigkeit bei dem Ermitteln des Ausgangsstoffmengenanteils y2 erzielt werden.
Während des bestimmungsgemäßen Betriebs der Antriebseinrichtung 1 wird für die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 ein erster Wert einer Alterungsgröße bestimmt, die den Zustand der Abwasserbehandlungseinrichtung 2 beschreibt. Der vorstehend erwähnte Ausgangsstoffmengenanteil yo wird nun als erster Ausgangsstoffmengenanteil yo.ait beziehungsweise y2,ait herangezogen und zum Ermitteln eines zweiten Ausgangsstoffmengenanteils yo.neu beziehungsweise y2,neu verwendet. Dies erfolgt unter Berücksichtigung des ersten Werts der Alterungsgröße und vorzugsweise auch des Eingangsstoff- mengenanteils yi. Die Unterteilung der Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 in die mehreren Teilabschnitte 5 hat hierauf keinen Einfluss. Die beschriebene Vorgehensweise kann effektiv genutzt werden, um zu ermitteln, ob die Abgasnachbehandlungseinrichtung 2 ausgetauscht werden muss.
BEZUGSZEICHENLISTE:
1 Antriebseinrichtung
2 Abgasnachbehandlungseinrichtung 3 Einlassanschluss
4 Auslassanschluss
5 Teilabschnitt

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
1 . Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung (1 ) für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass während eines bestimmungsgemäßen Betriebs der Antriebseinrichtung (1) für die Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) ein erster Wert einer ihren Zustand beschreibenden Alterungsgröße bestimmt wird und für wenigstens eine Abgaskomponente des Abgases aus einem stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) vorliegenden ersten Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente ein zweiter Ausgangsstoffmengenanteil ermittelt wird, der bei einem Austausch der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) gegen eine baugleiche und einen von dem ersten Wert verschiedenen zweiten Wert der Alterungsgröße aufweisende andere Abgasnachbehandlungseinrichtung auftreten würde.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wert der Alterungsgröße aus einer Speicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) für eine weitere Abgaskomponente bestimmt wird und/oder als zweiter Wert für die andere Abgasnachbehandlungseinrichtung ein einer fabrikneuen Abgasnachbehandlungseinrichtung entsprechender Wert verwendet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem ersten Wert und dem zweiten Wert ein Alterungsfaktor ermittelt wird und mittels einer den Alterungsfaktor berücksichtigenden mathematischen Beziehung der zweite Ausgangsstoffmengenanteil aus dem ersten Ausgangsstoffmengenanteil ermittelt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als mathematische Beziehung der Zusammenhang verwendet wird, wobei x der Alterungsfaktor, yi ein stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegender Eingangsstoffmengenanteil, y2,ait der erste Ausgangsstoffmengenanteil und y2,neu der zweite Ausgangsstoffmengenanteil ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Überschreiten eines Schwellenwerts durch den ersten Ausgangsstoffmengenanteil und einem gleichzeitigen Unterschreiten des Schwellenwerts durch den zweiten Ausgangsstoffmengenanteil ein Austauschsignal erzeugt wird, das die Notwendigkeit eines Austauschs der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) anzeigt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) vorliegenden Eingangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente ein stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) vorliegender Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente mittels einer Reaktionsgleichung ermittelt wird, wobei mindestens eine in der Reaktionsgleichung enthaltene Berechnungsgröße in Abhängigkeit von der Speicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) für die weitere Abgaskomponente bestimmt wird, und wobei der Ausgangsstoffmengenanteil als erster Ausgangsstoffmengenanteil verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als die wenigstens eine Berechnungsgröße eine der folgenden Größen verwendet wird: Geschwindigkeitskonstante, Ausgangsgeschwindigkeitskonstante, Anpassungsgröße, Aktivierungsenergie und Reaktionshemmungsgröße.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als die wenigstens eine Abgaskomponente eine der folgenden Komponenten verwendet wird: Kohlenwasserstoff, Kohlenstoffoxid, Wasserstoff, Methan, Ammoniak, Sauerstoff, Stickstoffoxid.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktionsgleichung die Beziehung verwendet wird, wobei yi der Eingangsstoffmengenanteil, y2 der Ausgangsstoffmengenanteil, k die Geschwindigkeitskonstante, E die Aktivierungsenergie, R die allgemeine Gaskonstante, To die Temperatur bei Standardbedingungen, T die momentane Temperatur, 0 die Reaktionshemmungsgröße, I eine Länge und ein flächenbezogener Stoffmengendurchsatz ist.
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 und eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) zur Nachbehandlung des Abgases verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsrichtung (1) dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, während eines bestimmungsgemäßen Betriebs der Antriebseinrichtung (1 ) für die Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) einen ersten Wert einer ihren Zustand beschreibenden Alterungsgröße zu bestimmen und für wenigstens eine Abgaskomponente des Abgases aus einem stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) vorliegenden ersten Ausgangsstoffmengenanteil der Abgaskomponente einen zweiten Ausgangsstoffmengenanteil zu ermitteln, der bei einem Austausch der Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) gegen eine baugleiche und einen von dem ersten Wert verschiedenen zweiten Wert der Alterungsgröße aufweisende andere Abgasnachbehandlungseinrichtung (2) auftreten würde.
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