EP4613986A1

EP4613986A1 - Verfahren zum betreiben einer antriebseinrichtung für ein kraftfahrzeug, entsprechende antriebseinrichtung sowie computerprogrammprodukt

Info

Publication number: EP4613986A1
Application number: EP25161755.1A
Authority: EP
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2024-03-08
Filing date: 2025-03-05
Publication date: 2025-09-10
Also published as: DE102024106666B3

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine als Fahrzeugkatalysator ausgestaltete Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Ermitteln eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass bei einem Erkennen eines bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses mittels der Lambdasonde ein Gradient des Verbrennungsverhältnisses erfasst und zum Ermitteln einer einen Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibenden Zustandsgröße herangezogen wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebsrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogrammprodukt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine als Fahrzeugkatalysator ausgestaltete Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Ermitteln eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogrammprodukt.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift US 2021/0404368 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Degradationsdiagnosevorrichtung, die einen stromabwärts gelegenen Sensor für ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine Steuervorrichtung umfasst. Die Steuervorrichtung ist so konfiguriert, dass sie in einem Degradationsdiagnoseprozess zur Diagnose der Degradation des Abgaskatalysators abwechselnd und wiederholt einen fetten Prozess und einen mageren Prozess durchführt. Die Steuervorrichtung ist zudem so konfiguriert, dass sie in dem Degradationsdiagnoseprozess feststellt, dass der Abgaskatalysator verschlechtert wurde, wenn der magere Prozess ausgeführt wird und die Häufigkeit, mit der ein mittels des Sensors gemessenes Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, gleich oder größer als eine vorbestimmte Häufigkeit ist.
Weiterhin offenbart die Druckschrift US 10,072,553 B2 eine Degradationsdiagnosevorrichtung für einen SCR-Katalysator, in der, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines in einem Verbrennungsmotor zu verbrennenden Gemisches ein mageres Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, eine Induktionsverarbeitung ausgeführt wird, die dazu dient, eine Wasser-Gas-Shift-Reaktion in einem Vorkatalysator zu induzieren, indem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Gemischs von dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf ein vorbestimmtes fettes Luft-Kraftstoff-Verhältnis geändert wird, und eine Diagnoseverarbeitung ausgeführt wird, die dazu dient, eine Verschlechterung des SCR-Katalysators auf der Grundlage einer Ausgangsdifferenz zwischen zwei Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensoren zum Zeitpunkt der Ausführung der Induktionsverarbeitung zu diagnostizieren. Die Diagnoseverarbeitung wird hingegen nicht ausgeführt, wenn sich der SCR-Katalysator in einem Zustand befindet, in dem er einer Schwefelvergiftung ausgesetzt ist, die aus der Ausführung eines Reinigungsprozesses des Vorstufenkatalysators resultiert.
Eine weitere Degradationsdiagnosevorrichtung wird von der Druckschrift US 10,072,553 B2 beschrieben.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine besonders zuverlässige und genaue Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise des Fahrzeugkatalysators 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 bei einem Erkennen eines bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses mittels der Lambdasonde ein Gradient des Verbrennungsluftverhältnisses erfasst und zum Ermitteln einer einen Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibenden Zustandsgröße herangezogen wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Beschreibung erläuterten Ausführungsbeispiele nicht beschränkend sind; vielmehr sind beliebige Variationen der in der Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Figuren offenbarten Merkmale realisierbar.
Das Verfahren ist zum Betreiben der Antriebseinrichtung vorgesehen. Die Antriebseinrichtung dient einem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also dem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments weist die Antriebsrichtung das Antriebsaggregat auf. Das Antriebsaggregat liegt vorzugsweise als Brennkraftmaschine vor, insbesondere als Otto-Brennkraftmaschine oder als Diesel-Brennkraftmaschine. Dem Antriebsaggregat werden während eines Betriebs der Antriebseinrichtung zumindest zeitweise Kraftstoff und Frischgas zugeführt, wobei das Frischgas zumindest zeitweise Frischluft enthält. Zusätzlich kann das Frischgas Abgas aufweisen, sofern eine Abgasrückführung realisiert ist, bei welcher das von dem Antriebsaggregat erzeugte Abgas zumindest teilweise wieder in das Antriebsaggregat zurückgeführt wird, nämlich als Bestandteil des Frischgases. Der Kraftstoff und das Frischgas, die dem Antriebsaggregat zugeführt werden, bilden ein Kraftstoff-Frischgas-Gemisch mit einer bestimmten Zusammensetzung, das in dem Antriebsaggregat zur Reaktion gebracht wird.
Während des Betriebs des Antriebsaggregats fällt aufgrund der chemischen Reaktion von Kraftstoff und Frischgas miteinander Abgas an, welches in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs abgeführt wird. Da in dem von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgas Schadstoffe enthalten sind, wird das Abgas vor dem Entlassen in die Außenumgebung zunächst der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt. In der Abgasnachbehandlungseinrichtung werden die Schadstoffe zumindest teilweise in ungefährlichere Produkte umgesetzt. Erst nach dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird das Abgas in die Außenumgebung abgeführt, insbesondere durch ein Endrohr der Antriebseinrichtung.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt als Fahrzeugkatalysator vor, insbesondere als Drei-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, NO_x-Speicherkatalysator oder SCR-Katalysator, oder weist einen solchen zumindest auf. Besonders bevorzugt ist der Fahrzeugkatalysator in einen Partikelfilter integriert, insbesondere in einen Otto-Partikelfilter oder einen Diesel-Partikelfilter. Hierzu ist zum Beispiel der Partikelfilter mit einer katalytischen Beschichtung versehen. Eine Umwandlungsrate und damit die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, mit welcher die Schadstoffe in die ungefährlicheren Produkte umgesetzt werden, hängen insbesondere von der Zusammensetzung des der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführten Abgases, der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung sowie dem Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung ab.
Die Bestandteile des von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgases werden auch als Rohemissionen bezeichnet. Die Rohemissionen beschreiben insoweit die Zusammensetzung des Abgases stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die in dem Abgas enthaltenen Stoffe werden bei dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch das Abgas teilweise umgewandelt, sodass sich die Zusammensetzung des Abgases ändert. Die stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgas vorliegenden Stoffe, aus welchen sich das Abgas zusammensetzt, werden auch als Endrohremissionen bezeichnet, da das Abgas mit dieser Zusammensetzung durch das Endrohr der Antriebseinrichtung in die Außenumgebung entlassen wird.
Die Menge der in den Endrohremissionen enthaltenen Schadstoffe hängt, wie bereits erwähnt, von den Rohemissionen ab, zusätzlich jedoch auch von der Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Diese ist temperaturabhängig. Insbesondere ist die Konvertierungsleistung umso niedriger, je weiter eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung von der Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung beabstandet ist, je größer also ein Absolutwert der Differenz zwischen den Temperaturen ist. Unter der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist insbesondere eine Temperatur eines keramischen Wabenkörpers zu verstehen, welcher mit der katalytischen Beschichtung versehen ist. Zusätzlich hängt die Konvertierungsleistung von dem Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung ab, welcher sich insbesondere aus dem Alter beziehungsweise einer Betriebszeit der Abgasnachbehandlungseinrichtung ergibt.
Stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung liegt die Lambdasonde vor, die zum Ermitteln des Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas dient, also zum Ermitteln des stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegenden Verbrennungsluftverhältnisses. Hierzu misst die Lambdasonde insbesondere einen Restsauerstoffgehalt in dem Abgas und ermittelt aus diesem das Verbrennungsluftverhältnis. Vorzugsweise ist die Lambdasonde als Sprunglambdasonde ausgestaltet.
Zum Ermitteln der Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist es von Bedeutung, den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung mit möglichst hoher Genauigkeit zu bestimmen. Der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung kann beispielsweise anhand ihrer Sauerstoffkapazität ermittelt werden, also anhand ihrer Kapazität zur Zwischenspeicherung von Sauerstoff. Je höher die Sauerstoffkapazität ist, umso besser ist der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die Sauerstoffkapazität sinkt mit zunehmender Betriebsdauer der Abgasnachbehandlungseinrichtung ab, sodass sich dieses in dem aus ihr bestimmten Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung widerspiegelt.
Die Anmelderin hat jedoch überraschenderweise festgestellt, dass auch die Wasser-Gas-Shift-Reaktion ein Indikator für den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist. Die Reaktion lässt sich durch die Summenformel

CO + H₂O → CO₂ + H₂

beschreiben. Bei einer fetten Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs liegt in den Rohemissionen ein Kohlenstoffmonoxidüberschuss vor. Der Fahrzeugkatalysator entzieht dem ebenfalls in dem Abgas enthaltenen Wasser Sauerstoff, welcher mit dem Kohlenstoffmonoxid und optional mit Kohlenwasserstoff reagiert beziehungsweise diese oxidiert. Das Verbrennungsluftverhältnis in dem Abgas ändert sich hierdurch nicht, sondern es ist eine Reduzierung der Kohlenstoffmonoxidkonzentration und eine Erhöhung der Konzentration von molekularem Wasserstoff zu beobachten. Während die Wasserstoffemissionen keiner Begrenzung unterliegen, sind die Kohlenstoffmonoxidemissionen durch die Gesetzgebung begrenzt.
Die Lambdasonde weist eine Querempfindlichkeit auf Wasserstoff auf, reagiert also auch auf diesen. Das bedeutet, dass wenn in gleichen Anteilen Kohlenstoffmonoxidkomponenten durch Wasserstoffkomponenten ersetzt werden, sich also das Verbrennungsverhältnis nicht ändert, die Lambdasonde ein fetteres Gemisch misst als tatsächlich vorhanden. Das Verbrennungsluftverhältnis ergibt sich aus: $λ = \frac{m_{Luft}}{m_{Kraftstoff} \cdot 14, 7} = \frac{2 C_{O 2} + 2 C_{CO 2} + C_{H 2 O} + C_{CO} + C_{NO} + 2 C_{NO 2}}{2 C_{CO} + C_{H 2} + 9 C_{C 3 H 6} + 10 C_{C 3 H 8} + 2 C_{CO 2} + C_{H 2 O}}$
Die Diffusionsgeschwindigkeit kann wie folgt ausgedrückt werden: $\bar{v_{x}} = \sqrt{\frac{8 k_{B} T}{{πm}_{x}}}$
Hieraus ergibt sich die Beziehung: $\begin{array}{l} λ_{gemessen} \\ = \frac{2 \sqrt{\frac{1}{32}} C_{O 2} + 2 \sqrt{\frac{1}{44}} C_{CO 2} + \sqrt{\frac{1}{18}} C_{H 2 O} + \sqrt{\frac{1}{28}} C_{CO} + \sqrt{\frac{1}{30}} C_{NO} + 2 \sqrt{\frac{1}{46}} C_{NO 2}}{2 \sqrt{\frac{1}{28}} C_{CO} + \sqrt{\frac{1}{2}} C_{H 2} + 9 \sqrt{\frac{1}{42}} C_{C 3 H 6} + 10 \sqrt{\frac{1}{44}} C_{C 3 H 8} + 2 \sqrt{\frac{1}{44}} C_{CO 2} + \sqrt{\frac{1}{18}} C_{H 2 O}} \end{array}$
Die Intensität der Wasser-Gas-Shift-Reaktion ändert sich mit dem Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung und ihrer Temperatur. Bei geringen Temperaturen ist die Abnahme mit zunehmender Betriebszeit, also sich verschlechterndem Zustand, besonders ausgeprägt. Es ist jedoch nicht möglich, diesen Umstand direkt zu messen, da dies ein Betreiben des Antriebsaggregats mit einem fetten Gemisch über einen längeren Zeitraum notwendig macht. Dies würde zu hohen Emissionen und einem hohen Kraftstoffverbrauch führen.
Aus diesem Grund ist es vorgesehen, den Gradient des Verbrennungsluftverhältnisses heranzuziehen, sobald mithilfe der Lambdasonde das bestimmte Verbrennungsluftverhältnis erfasst wird. Misst also die Lambdasonde ein Verbrennungsluftverhältnis, welches dem bestimmten Verbrennungsluftverhältnis entspricht, so wird der Gradient des Verbrennungsluftverhältnisses ausgewertet, nämlich genau in dem Zeitpunkt, in welchem das Verbrennungsluftverhältnis gleich dem bestimmten Verbrennungsluftverhältnis ist. Aus dem Gradient kann abgeleitet werden, wie sich das Verbrennungsluftverhältnis weiter verändern würde, falls das Antriebsaggregat mit gleichbleibender Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs betrieben würde. Entsprechend kann aus dem Gradient auf das Verbrennungsluftverhältnis mit einem von λ = 1 abweichenden Verbrennungsluftverhältnis geschlossen werden. Folglich kann aus dem Gradient zuverlässig der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung abgeleitet und die diesen beschreibende Zustandsgröße ermittelt werden.
Vorzugsweise ist das bestimmte Verbrennungsluftverhältnis derart gewählt, dass bei seinem Erreichen durch das mittels der Lambdasonde gemessene Verbrennungsluftverhältnis der Sauerstoffspeicher der Abgasnachbehandlungseinrichtung vollständig oder zumindest nahezu vollständig entleert ist. Beispielsweise beträgt das bestimmte Verbrennungsluftverhältnis mindestens 0,992, mindestens 0,996 oder mindestens 0,998 und/oder höchstens 0,999, höchstens 0,998 oder höchstens 0,997. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, die Zustandsgröße sowohl aus der Sauerstoffkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung als auch aus dem Gradient zu ermitteln, sodass also die beiden Größen in die Zustandsgröße einfließen beziehungsweise die Zustandsgröße als Funktion der Sauerstoffkapazität und des Gradienten vorliegt. Hierdurch wird eine besonders hohe Genauigkeit erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Antriebsaggregat mit einer einem fetten Kraftstoff-Frischgas-Gemisch entsprechenden ersten Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs betrieben wird, bis das bestimmte Verbrennungsluftverhältnis mittels der Lambdasonde erkannt wird, und/oder dass nach dem Erkennen des bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses mittels der Lambdasonde das Antriebsaggregat mit einer von der ersten Zusammensetzung verschiedenen zweiten Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs betrieben wird. Die erste Zusammensetzung ist dabei derart gewählt, dass sich das mittels der Lambdasonde gemessenes Verbrennungsluftverhältnis in Richtung des bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses verändert. Die erste Zusammensetzung entspricht dem fetten Kraftstoff-Frischgas-Gemisch, sodass sich das gemessene Verbrennungsluftverhältnis ebenfalls in Richtung eines fetten Verbrennungsluftverhältnisses verändert. Das Betreiben des Antriebsaggregats mit der ersten Zusammensetzung erfolgt zumindest so lange, bis das gemessene Verbrennungsluftverhältnis dem bestimmten Verbrennungsluftverhältnis entspricht. In dem Zeitpunkt, in welchem dies erstmalig der Fall ist, wird der Gradient des Verbrennungsluftverhältnisses erfasst beziehungsweise berechnet und nachfolgend zum Ermitteln des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung verwendet.
Zusätzlich oder alternativ wird das Antriebsaggregat mit der zweiten Zusammensetzung betrieben, nachdem unter Verwendung der Lambdasonde auf das bestimmte Verbrennungsluftverhältnis erkannt wurde. Vorzugsweise ist es vorgesehen, von der ersten Zusammensetzung auf die zweite Zusammensetzung umzuschalten, sobald das gemessene Verbrennungsluftverhältnis dem bestimmten Verbrennungsluftverhältnis entspricht. Bis zu dem Erreichen des bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses durch das gemessene Verbrennungsluftverhältnis wird also das Antriebsaggregat mit der ersten Zusammensetzung betrieben, ab dem Erreichen des bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses durch das gemessene Verbrennungsluftverhältnis mit der zweiten Zusammensetzung.
Die zweite Zusammensetzung ist hierbei von der ersten Zusammensetzung verschiedenen, insbesondere entspricht sie einem mageren Kraftstoff-Frischgas-Gemisch. Beispielsweise entspricht die erste Zusammensetzung einem Verbrennungsluftverhältnis von höchstens 0,98, höchstens 0,96 oder höchstens 0,94. Zusätzlich oder alternativ entspricht die zweite Zusammensetzung einem Verbrennungsluftverhältnis von mindestens 1,02, mindestens 1,04 oder mindestens 1,06. Hierdurch wird eine hohe Genauigkeit bei dem Ermitteln der Zustandsgröße erreicht.
Beispielsweise erfolgt das Betreiben des Antriebsaggregats mit der zweiten Zusammensetzung, bis das mittels der Lambdasonde gemessene Verbrennungsluftverhältnis einem weiteren bestimmten Verbrennungsluftverhältnis entspricht. Dieses weitere bestimmte Verbrennungsluftverhältnis ist insbesondere derart gewählt, dass bei seinem Erreichen durch das gemessene Verbrennungsluftverhältnis davon ausgegangen werden kann, dass der Sauerstoffspeicher der Abgasnachbehandlungseinrichtung vollständig gefüllt ist. Aus dem Zeitraum, über welchen hinweg das Antriebsaggregat mit der zweiten Zusammensetzung betrieben wird, kann auf die Sauerstoffkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung und mithin auf ihren Zustand geschlossen werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Antriebsaggregat vor dem Betreiben mit der ersten Zusammensetzung mit einer dritten Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs betrieben wird, wobei die dritte Zusammensetzung derart gewählt ist, dass ein mittels der Lambdasonde gemessenes Verbrennungsluftverhältnis sich von dem bestimmten Verbrennungsluftverhältnis fort verändert. In anderen Worten soll sich das gemessene Verbrennungsluftverhältnis während des Betreibens des Antriebsaggregats mit der dritten Zusammensetzung so verändern, dass sein absoluter Abstand von dem bestimmten Verbrennungsluftverhältnis größer wird. Vorzugsweise entspricht die dritte Zusammensetzung einem mageren Kraftstoff-Frischgas-Gemisch, besonders bevorzugt ist die dritte Zusammensetzung gleich der der zweiten Zusammensetzung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Antriebsaggregat im Rahmen einer Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder nach einer Schubphase mit der ersten Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs betrieben wird. Die Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung dient in erster Linie dem Ermitteln ihres Zustands. Die Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst hierzu bevorzugt das vollständige Entleeren des Sauerstoffspeichers der Abgasnachbehandlungseinrichtung und sein nachfolgendes vollständiges Befüllen. Das Entleeren des Sauerstoffspeichers erfolgt durch das Betreiben des Antriebsaggregats mit der ersten Zusammensetzung, das Befüllen durch das Betreiben mit der zweiten Zusammensetzung.
Zusätzlich oder alternativ kann das Betreiben mit der ersten Zusammensetzung auch nach der Schubphase des Antriebsaggregats durchgeführt werden. Unter der Schubphase ist ein Betriebszustand des Antriebsaggregats zu verstehen, während welchem es von einem externen Drehmoment ohne Kraftstoffzufuhr, also bei unterbrochener Kraftstoffzufuhr, geschleppt wird. Während der Schubphase fördert das Antriebsaggregat Frischgas und mithin Sauerstoff in Richtung der Abgasnachbehandlungseinrichtung, sodass der Sauerstoffspeicher der Abgasnachbehandlungseinrichtung gefüllt wird. Da die Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung auch von dem Füllstand des Sauerstoffspeichers abhängt, ist es notwendig, diesen nach der Schubphase zumindest teilweise wieder zu entleeren, um den Füllstand auf einen Sollfüllstand einzustellen, welcher beispielsweise mindestens 40 % und höchstens 60 %, bevorzugt in etwa oder genau 50 % beträgt.
Besonders bevorzugt wird nach der Schubphase das Betreiben mit der ersten Zusammensetzung vorgenommen, bis der Sauerstoffspeicher vollständig entleert ist. Nachfolgend wird er jedoch nicht nicht vollständig gefüllt, sondern der Füllstand auf den Sollfüllstand eingestellt, der Sauerstoffspeicher also lediglich teilweise gefüllt. Somit kann das Ermitteln des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht nur während ihrer Diagnose vorgenommen werden, sondern deutlich häufiger, nämlich auch nach der Schubphase, bevorzugt nach jeder Schubphase. Hierdurch wird die Genauigkeit der ermittelten Zustandsgröße deutlich verbessert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das bestimmte Verbrennungsluftverhältnis in Abhängigkeit von einer Temperatur der Lambdasonde ermittelt wird und/oder die Temperatur der Lambdasonde für ein Korrigieren des Gradienten verwendet wird. Das mittels der Lambdasonde während des Betriebs des Antriebsaggregats mit dem fetten Kraftstoff-Frischgas-Gemisch, also mit der ersten Zusammensetzung, gemessene Verbrennungsluftverhältnis hängt nicht nur von der Zusammensetzung, sondern auch von der Temperatur der Lambdasonde ab. So misst die Lambdasonde bei einer niedrigeren Temperatur ein magereres Verbrennungsluftverhältnis als bei einer höheren Temperatur.
Aus diesem Grund ist es der Genauigkeit bei der Ermittlung des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung zuträglich, das bestimmte Verbrennungsluftverhältnis in Abhängigkeit von der Temperatur der Lambdasonde zu ermitteln, insbesondere es umso niedriger zu wählen, je höher die Temperatur ist. Zusätzlich oder alternativ wird der Gradient unter Verwendung der Temperatur korrigiert. Bei einer solchen Vorgehensweise ist es beispielsweise vorgesehen, das bestimmte Verbrennungsluftverhältnis unabhängig von der Temperatur zu wählen und den bei dem Erreichen des bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses durch das gemessene Verbrennungsluftverhältnis vorliegenden Gradienten des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses anhand der Temperatur anzupassen. In jedem Fall wird eine besonders hohe Genauigkeit des Gradienten und damit des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Temperatur aus einem elektrischen Widerstand der Lambdasonde ermittelt wird. Der elektrische Widerstand ist insbesondere ein elektrischer Widerstand einer Nernstzelle der Lambdasonde. Dieser verändert sich mit der Temperatur der Lambdasonde und ist schaltungstechnisch einfach auszuwerten. Folglich wird die Genauigkeit mit einfachen Mitteln erhöht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine erste Lambdasonde zum Messen eines ersten Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas vorliegt und die Lambdasonde als zweite Lambdasonde zum Messen des als zweiten Verbrennungsluftverhältnisses vorliegenden Verbrennungsluftverhältnisses verwendet wird, wobei anhand des ersten Verbrennungsluftverhältnisses und des zweiten Verbrennungsluftverhältnisses eine Lambdaregelung des Antriebsaggregats durchgeführt wird. Vorzugsweise liegen also mehrere Lambdasonden vor, insbesondere ist die erste Lambdasonde stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung und die zweite Lambdasonde stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Die zweite Lambdasonde stellt hierbei die vorstehend erwähnte Lambdasonde dar.
Die erste Lambdasonde dient dem Ermitteln eines ersten Verbrennungsluftverhältnisses und die zweite Lambdasonde dem Ermitteln eines zweiten Verbrennungsluftverhältnisses. Das erste Verbrennungsverhältnis entspricht einem Verbrennungsluftverhältnis in dem Abgas stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung, also strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Das zweite Verbrennungsluftverhältnis ist ein stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgas vorliegendes Verbrennungsluftverhältnis. Die beiden Verbrennungsluftverhältnisse, also das erste Verbrennungsluftverhältnis und das zweite Verbrennungsluftverhältnis, werden vorzugsweise zum Betreiben der Antriebseinrichtung herangezogen. Beispielsweise werden sie zum Durchführen einer Lambdaregelung verwendet. Hierbei wird insbesondere die Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs anhand des ersten Verbrennungsluftverhältnisses eingestellt, wohingegen das zweite Verbrennungsluftverhältnis zur Korrektur des ersten Verbrennungsluftverhältnisses im Rahmen einer Trimmregelung verwendet wird. Letztlich erfolgt die Lambdaregelung auf Grundlage sowohl des ersten Verbrennungsluftverhältnisses als auch des zweiten Verbrennungsluftverhältnisses.
Bevorzugt liegt die erste Lambdasonde als Breitbandlambdasonde und die zweite Lambdasonde als Sprunglambdasonde vor. Die Breitbandlambdasonde ermöglicht das Erfassen des Restsauerstoffgehalts beziehungsweise des entsprechenden Verbrennungsluftverhältnisses über einen weiteren Messbereich hinweg als die Sprunglambdasonde. Die Breitbandlambdasonde wird vorzugsweise zum Durchführen der bereits erwähnten Lambdaregelung und entsprechend zum Einstellen der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs verwendet, mit welchem das Antriebsaggregat betrieben wird.
Die Sprunglambdasonde weist einen schmaleren Messbereich auf als die Breitbandlambdasonde, insbesondere wird sie (nur) für eine Erkennung eines Verbrennungsluftverhältnisses von λ = 1 herangezogen. Allerdings ist die Messgenauigkeit der Sprunglambdasonde höher als die der Breitbandlambdasonde. Abweichungen und Fehler der Breitbandlambdasonde werden vorzugsweise 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 bei einem Verlassen eines Sollwertbereichs durch die Zustandsgröße auf einen Fehler der Abgasnachbehandlungseinrichtung erkannt wird. Die den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtungsbeschreibende Zustandsgröße weist einen bestimmten Wert auf, der aus dem Gradienten des Verbrennungsluftverhältnisses ermittelt wird. Liegt der Wert in dem Sollwertbereich, so wird davon ausgegangen, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung in Ordnung beziehungsweise funktionsfähig ist. Verlässt hingegen der Wert der Zustandsgröße den Sollwertbereich, so wird angenommen, dass der Fehler vorliegt und entsprechend die Abgasnachbehandlungseinrichtung nicht funktionstüchtig ist. In diesem Fall wird auf den Fehler erkannt und vorzugsweise der Fehler angezeigt.
Beispielsweise ist es vorgesehen, bei Vorliegen des Fehlers den Betrieb der Antriebseinrichtung anzupassen, beispielsweise eine Leistung des Antriebsaggregats auf eine Leistung zu begrenzen, welche niedriger ist als eine Nennleistung des Antriebsaggregats. Alternativ ist es vorgesehen, die Antriebseinrichtung bei Auftreten des Fehlers stillzulegen, also einen Betrieb der Antriebseinrichtung nicht mehr zuzulassen. Hierdurch wird ein Überschreiten von zulässigen Abgasgrenzwerten zuverlässig vermieden.
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 als Fahrzeugkatalysator ausgestaltete Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Ermitteln eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt. Dabei ist die Antriebsrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet, bei einem Erkennen eines bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses mittels der Lambdasonde einen Gradienten des Verbrennungsluftverhältnisses zu erfassen und zum Ermitteln einer einen Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibenden Zustandsgröße heranzuziehen.
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 auf diese verwiesen wird.
Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Antriebseinrichtung gemäß den Ausführungen dieser Beschreibung das erläuterte Verfahren ausführt. Hinsichtlich der Vorteile und möglicher vorteilhafter Weiterbildungen wird in Gänze auf die Beschreibung verwiesen.
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: ein Diagramm, in in welchem Messwerte zweier Lambdasonden über der Zeit aufgetragen sind.

Die Figur 1 zeigt zwei Diagramme, in welchem zwei Verläufe 1 und 2 über der Zeit t aufgetragen sind. In einem oberen der Diagramme zeigt der Verlauf 1 ein mittels einer ersten Lambdasonde gemessenes erstes Verbrennungsluftverhältnis. In einem unteren der Diagramme zeigt der Verlauf 2 einen Messwert einer zweiten Lambdasonde, nämlich eine Spannung einer Nernstzelle der zweiten Lambdasonde, wobei die Spannung einem zweiten Verbrennungsluftverhältnis entspricht oder dieses zumindest beschreibt. Die erste Lambdasonde ist stromaufwärts einer als Fahrzeugkatalysator ausgestalteten Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Antriebseinrichtung angeordnet, die zweite Lambdasonde stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Das bedeutet, dass die erste Lambdasonde das Verbrennungsluftverhältnis in von einem Antriebsaggregat der Antriebseinrichtung erzeugtem Abgas zwischen dem Antriebsaggregat und der Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibt und das zweite Verbrennungsluftverhältnis stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere strömungstechnisch zwischen der Abgasnachbehandlungseinrichtung und einem Endrohr der Antriebseinrichtung.
Es ist vorgesehen, das Antriebsaggregat der Antriebseinrichtung bis zu einem Zeitpunkt t₁ mit einer ersten Zusammensetzung eines Kraftstoff-Frischgas-Gemischs zu betreiben. Beispielsweise findet die erste Zusammensetzung ab dem Zeitpunkt t₀ bis hin zu dem Zeitpunkt t₁ Anwendung. Die Zusammensetzung entspricht einer fetten Zusammensetzung, es liegt also Kraftstoffüberschuss vor. Das stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung gemessene erste Verbrennungsluftverhältnis reagiert vergleichsweise schnell auf die erste Zusammensetzung, wohingegen der Messwert der zweiten Lambdasonde langsamer reagiert. Er verändert sich in Richtung eines hier lediglich beispielhaft angegebenen Werts von U = 0,8 V, welcher einem bestimmten Verbrennungsluftverhältnis entspricht.
Der genannte Wert beziehungsweise das entsprechende Verbrennungsluftverhältnis wird in dem Zeitpunkt t₁ erreicht. In diesem Zeitpunkt wird ein Gradient des Messwerts beziehungsweise des Verbrennungsluftverhältnisses bestimmt. Aus diesem können weitere Verläufe 3 und 4 des Messwerts beziehungsweise des Verbrennungsluftverhältnisses projektiert werden, welche vorlägen, würde die erste Zusammensetzung auch weiterhin verwendet werden. Der Verlauf 3 tritt für einen besseren Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung auf, der Verlauf 4 bei einem schlechteren Zustand. Der bessere Zustand liegt zum Beispiel bei einer kürzeren Betriebszeit vor als der schlechtere Zustand.
Da ein Betreiben des Antriebsaggregats unter Verwendung der ersten Zusammensetzung über den Zeitpunkt t₁ hinaus nicht wünschenswert ist, weil es zu hohen Schadstoffemissionen und einem hohen Kraftstoffverbrauch führt, wird das Antriebsaggregat ab dem Zeitpunkt t₁ mit einer zweiten Zusammensetzung betrieben, welche von der ersten Zusammensetzung verschieden ist. Insbesondere ist die zweite Zusammensetzung eine magere Zusammensetzung, es liegt also Sauerstoffüberschuss vor. Die zweite Zusammensetzung wird zum Betreiben des Antriebsaggregats verwendet, bis der Zeitpunkt t₂ erreicht ist. Ab dem Zeitpunkt t₂ wird die Zusammensetzung derart gewählt, dass ein Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1 vorliegt beziehungsweise sich einstellt.
Zwischen den Zeitpunkten t₀ und t₂ wird eine Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung vorgenommen. Insbesondere wird hierbei ein Sauerstoffspeicher der Abgasnachbehandlungseinrichtung bis zum Zeitpunkt t₁ vollständig entleert und anschließend bis zum Zeitpunkt t₂ vollständig gefüllt.
Aus einem zeitlichen Abstand zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ und der in diesem Zeitraum verwendeten Zusammensetzung kann auf eine Sauerstoffkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung geschlossen werden. Vorzugsweise findet diese Eingang in eine Zustandsgröße, welche den Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibt.
In jedem Fall wird jedoch die Zustandsgröße auf Grundlage des Gradienten des Verbrennungsluftverhältnisses bestimmt, welcher in dem Zeitpunkt t₁ vorliegt, also unmittelbar beziehungsweise genau bei Erreichen des bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses durch das mittels der zweiten Lambdasonde gemessene Verbrennungsluftverhältnis beziehungsweise den entsprechenden Messwert. Mit der beschriebenen Vorgehensweise wird eine besonders genaue und zuverlässige Ermittlung der Zustandsgröße und damit des Zustands der Abgasnachbehandlungseinrichtung erreicht.

BEZUGSZEICHENLISTE:

1: Verlauf
2: Verlauf
3: Verlauf
4: Verlauf

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine als Fahrzeugkatalysator ausgestaltete Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Ermitteln eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Erkennen eines bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses mittels der Lambdasonde ein Gradient des Verbrennungsverhältnisses erfasst und zum Ermitteln einer einen Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibenden Zustandsgröße herangezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat mit einer einem fetten Kraftstoff-Frischgas-Gemisch entsprechenden ersten Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs betrieben wird, bis das bestimmte Verbrennungsluftverhältnis mittels der Lambdasonde erkannt wird, und/oder dass nach dem Erkennen des bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses mittels der Lambdasonde das Antriebsaggregat mit einer von der ersten Zusammensetzung verschiedenen zweiten Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat vor dem Betreiben mit der ersten Zusammensetzung mit einer dritten Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs betrieben wird, wobei die dritte Zusammensetzung derart gewählt ist, dass ein mittels der Lambdasonde gemessenes Verbrennungsluftverhältnis sich von dem bestimmten Verbrennungsluftverhältnis fort verändert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsaggregat im Rahmen einer Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung und/oder nach einer Schubphase mit der ersten Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das bestimmte Verbrennungsluftverhältnis in Abhängigkeit von einer Temperatur der Lambdasonde ermittelt wird und/oder die Temperatur der Lambdasonde für ein Korrigieren des Gradienten verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur aus einem elektrischen Widerstand der Lambdasonde ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine erste Lambdasonde zum Messen eines ersten Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas vorliegt und die Lambdasonde als zweite Lambdasonde zum Messen des als zweites Verbrennungsluftverhältnis vorliegenden Verbrennungsluftverhältnisses verwendet wird, wobei anhand des ersten Verbrennungsluftverhältnisses und des zweiten Verbrennungsluftverhältnisses eine Lambdaregelung des Antriebsaggregats durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verlassen eines Sollwertbereichs durch die Zustandsgröße auf einen Fehler der Abgasnachbehandlungseinrichtung erkannt wird.
Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine als Fahrzeugkatalysator ausgestaltete Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde zum Ermitteln eines Verbrennungsluftverhältnisses in dem Abgas verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, bei einem Erkennen eines bestimmten Verbrennungsluftverhältnisses mittels der Lambdasonde einen Gradienten des Verbrennungsluftverhältnisses zu erfassen und zum Ermitteln einer einen Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung beschreibenden Zustandsgröße heranzuziehen.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Antriebseinrichtung nach Anspruch 9 das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.