EP4677209A1 - Verfahren zum betreiben einer katalysatoreinrichtung, katalysatoreinrichtung, verbrennungskraftmaschine, steuerungsverfahren zum steuern der verbrennungskraftmaschine und kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer katalysatoreinrichtung, katalysatoreinrichtung, verbrennungskraftmaschine, steuerungsverfahren zum steuern der verbrennungskraftmaschine und kraftfahrzeug

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EP4677209A1
EP4677209A1 EP24704768.1A EP24704768A EP4677209A1 EP 4677209 A1 EP4677209 A1 EP 4677209A1 EP 24704768 A EP24704768 A EP 24704768A EP 4677209 A1 EP4677209 A1 EP 4677209A1
Authority
EP
European Patent Office
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value
oxygen supply
catalyst
oxygen
internal combustion
Prior art date
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Pending
Application number
EP24704768.1A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Hoenig
Andreas Hosemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP4677209A1 publication Critical patent/EP4677209A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0295—Control according to the amount of oxygen that is stored on the exhaust gas treating apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0814—Oxygen storage amount
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0816—Oxygen storage capacity

Definitions

  • the present invention relates to a method for operating a catalyst device for an internal combustion engine that has a catalyst.
  • the invention also relates to a catalyst device that has means for carrying out the aforementioned method.
  • the invention also relates to an internal combustion engine to which the catalyst of the catalyst device is connected on the exhaust side, and to a control method for controlling such an internal combustion engine.
  • the invention also relates to a motor vehicle that has such an internal combustion engine and consequently the catalyst device.
  • Lambda-controlled catalysts are known from the prior art for this purpose.
  • DE 102004009615 A1 proposes a method for determining the current oxygen loading of a three-way catalyst of a lambda-controlled internal combustion engine, whereby a value for the current oxygen loading is calculated from a pre-catalyst lambda sensor signal and a measured air flow rate by integration over time, which value is then calculated at signal 22-3450 2 signal breakthroughs of a post-catalyst lambda probe.
  • a value for the current oxygen loading is calculated from a pre-catalyst lambda sensor signal and a measured air flow rate by integration over time, which value is then calculated at signal 22-3450 2 signal breakthroughs of a post-catalyst lambda probe.
  • an unfavorable combustion air ratio has already existed, so that the resulting exhaust gas downstream of the catalyst flows into the environment untreated or only slightly treated, i.e. rich in pollutants.
  • the object of the invention is to improve the efficiency of a catalyst device for an internal combustion engine or to reduce the amount of exhaust gas that exits the catalyst device untreated or only slightly treated.
  • This object is solved by the subject matter of the independent patent claims.
  • Further possible embodiments of the invention are disclosed in the subclaims, the description and the figures.
  • Features, advantages and possible embodiments that are set out in the description for one of the subject matters of the independent claims are to be regarded at least analogously, across categories and embodiments, as features, advantages and possible embodiments of the respective subject matter of the other independent claims and any possible combination of the subject matters of the independent claims, if appropriate in conjunction with one or more of the subclaims.
  • a method for operating a catalyst device for an internal combustion engine that has a catalyst is proposed.
  • an oxygen demand value mO2 demand is provided that characterizes an oxygen supply that is to be supplied to the catalyst in order to set a target oxygen quantity in the catalyst at which the catalyst works with the best possible conversion rate.
  • the invention proposes a catalyst device that has the catalyst and is configured to carry out the method for operating the catalyst device.
  • the catalyst device forms a component of the internal combustion engine according to the invention, to which the catalyst is connected on the exhaust side.
  • the internal combustion engine in particular an engine control unit of the internal combustion engine, accepts the oxygen requirement value mO2 required determined by means of the method as a control signal.
  • the internal combustion engine can be controlled in such a way that it provides an oxygen supply by means of which the target oxygen quantity is set in the catalyst.
  • the control method according to the invention for controlling the internal combustion engine, 22-3450 3 engine it is controlled in such a way that it provides an oxygen supply, by means of which the target oxygen quantity is set in the catalyst.
  • the invention also proposes a motor vehicle which has the internal combustion engine and consequently the catalyst device.
  • the method according to the invention for operating the catalyst device can be a computer-implemented method.
  • the catalyst device is then configured to carry out the method.
  • the catalyst device in particular has a catalyst control unit.
  • the invention then further proposes a first computer program which, when its program commands are executed by the catalyst device, in particular its catalyst control unit, causes it to carry out the method for operating the catalyst device.
  • the control method for controlling the internal combustion engine can be a computer-implemented method.
  • the internal combustion engine is configured to carry out the method.
  • the internal combustion engine has in particular the engine control unit.
  • a second computer program is then proposed, wherein when the program commands of the second computer program are executed by the internal combustion engine, in particular by its engine control unit, the internal combustion engine is controlled according to the control method for controlling the internal combustion engine.
  • the invention also proposes a computer-readable storage medium on which the first computer program and/or the second computer program are stored.
  • an active operating mode of the internal combustion engine is detected in a detection time period which, for example, has a predetermined duration of 10 ⁇ ms (milliseconds), in a step S1. It is therefore detected, for example, whether the internal combustion engine is operated in a "dynamic load build-up" operating mode, a "safe combustion” operating mode or a “consumption-optimized” operating mode.
  • a mixed operating mode with two or more operating modes is conceivable, which will be discussed in more detail below.
  • the content of the respective load-speed characteristic map is determined, for example, by means of test bench measurements and calculation of chemical reactions in the catalyst.
  • the characteristic maps provide information as to whether oxygen is introduced into the catalyst or removed from the catalyst when the internal combustion engine is operating.
  • a lambda value ⁇ is recorded in a step S2, which can be carried out before, during or after step S1.
  • the process examines in particular whether a measurement signal from a pre-catalyst lambda sensor arranged between the internal combustion engine and the catalyst in the exhaust system is considered reliable. If this is the case, the lambda value is measured using the pre-catalyst lambda sensor. If, however, it is found that the measurement signal of the pre-catalyst lambda sensor is to be assumed to be unreliable, for example due to a defect, an insufficient operating temperature, etc., the lambda value is recorded by assuming a target lambda value determined by an engine control unit of the internal combustion engine. Based on the recorded lambda value ⁇ , a map weighting factor K is determined in a step S3.1 of the method.
  • the map weighting factor K is determined using a predetermined weighting characteristic curve, whereby the map weighting factor K is at least 0 and at most +1 (0 ⁇ K ⁇ 1).
  • the weighting characteristic curve establishes a connection between the recorded lambda value ⁇ and the map weighting factor K.
  • the graph of the weighting characteristic is formed at least in a characteristic part of the weighting characteristic according to the following equation (see Fig.2 - graph 7a of characteristic curve 7): for ⁇ ⁇ 0.9 for 0.9 ⁇ ⁇ ⁇ 1 for 1 ⁇ ⁇ ⁇ 1.1 for ⁇ > 1.1
  • the weighting characteristic can be formed from at least one odd or non-linear characteristic instead of linear characteristic components, for example at least a part of a parabolic graph, a hyperbolic graph, a graph of a logarithmic function, a graph of an exponential function, a graph of a reciprocal function, an oval (special case ellipse, special case circle), etc.
  • a weighting characteristic curve is conceivable which has at least one linear characteristic curve component and at least one non-linear or odd characteristic curve component.
  • the first oxygen supply partial value s a characterizes, depending on its sign, an oxygen input into the catalyst or an oxygen discharge from the catalyst.
  • step S3.3 of the method a second oxygen supply partial value s b is determined, specifically if the detected lambda value ⁇ is greater than 1, from the map assigned to the detected operating mode for ⁇ > ⁇ 1, or if the detected lambda value ⁇ is less than 1, from the map assigned to the detected operating mode for ⁇ 1.
  • Steps S3.3.1 or S3.3.2 are followed by a further step S3.4 in which the second oxygen supply partial value s b is offset against the characteristic map weighting factor K, resulting in a second characteristic map-weighted oxygen supply partial value S b .
  • the first oxygen supply partial value s a is weighted at 100 ⁇ % and the second oxygen supply partial value s b is weighted at 0 ⁇ %.
  • the map-weighted oxygen supply partial values S a , S b are added in a step S4 of the method to an actual oxygen supply value SZ of the recording time period that characterizes an actual oxygen supply to the catalyst. In this way, an oxygen supply to the catalyst or an oxygen removal from the catalyst can be determined for each recording time period without the aid of a post-catalyst lambda probe (also called a trim probe).
  • Catalytic reactions in a raw exhaust gas are also advantageously taken into account, which behave differently depending on the operating mode and/or operating point of the internal combustion engine at the same lambda value.
  • a total actual oxygen supply value SZist ges is recorded, which has the actual oxygen supply value SZist
  • an actual oxygen quantity value mO2 is recorded, which characterizes an actual oxygen quantity, for example an actual oxygen mass, that is currently stored in the catalyst.
  • the total actual oxygen supply value SZist ges therefore has the actual oxygen supply value SZist for a run through the method up to this point, in particular for a respective recording time period; the determined actual oxygen supply value SZist is passed on to a further step of the method, for example in the form of the total actual oxygen supply value SZist ges.
  • the total actual oxygen supply value SZist ges can be added up in step S5 from two or more actual oxygen supply values SZist.
  • the actual oxygen quantity value mO2 ist is determined in step S6, for example, by adding the total actual oxygen supply value SZist ges to an oxygen quantity output value m0 of the catalyst.
  • the oxygen requirement value mO2 is determined based on the total actual oxygen supply value SZist ges, the actual oxygen quantity value mO2 ist, and a target oxygen quantity value mO2 soll, which characterizes the target oxygen quantity, for example a target oxygen mass, in the catalyst at which the catalyst operates at the best possible conversion rate.
  • the oxygen requirement value m O2 requirement is provided, for example sent to another control unit and/or output in some other way.
  • the oxygen requirement value m O2 requirement is provided or sent to the engine control unit of the internal combustion engine.
  • the method for operating the catalyst device improves the efficiency of a catalyst device for an internal combustion engine, so that the internal combustion engine or the motor vehicle having the internal combustion engine can be operated with particularly low emissions.
  • step S3.1 a map weighting factor K is then determined based on the detected lambda value ⁇ .
  • the map weighting factor K is determined using a predetermined weighting characteristic curve, whereby the map weighting factor K here is at least ⁇ 1 and at most +1 ( ⁇ 1 ⁇ K ⁇ +1).
  • a lambda deflection is detected by means of a post-catalyst lambda sensor (which can also be referred to as a trim sensor) arranged on the outflow side after the catalyst in the exhaust system, which indicates the presence of a defined 22-3450 9
  • the amount of oxygen in the catalyst is characterized.
  • the deflection of the post-catalyst lambda sensor indicates that a defined amount of oxygen is present in the catalyst.
  • step S6 the actual oxygen quantity value m O2 ist of the catalyst is then recorded by adding the total actual oxygen supply value SZ ist ges and an oxygen quantity output value m0 characterizing the defined oxygen quantity.
  • the oxygen quantity output value m0 is only recorded by means of a single, initial deflection of the post-catalyst lambda sensor.
  • the post-catalyst lambda sensor In normal operation, in which the internal combustion engine coupled to the catalyst device is started by means of a cold start, the post-catalyst lambda sensor usually deflects for the first time after one to two seconds.
  • the post-catalyst lambda sensor is not used for any repetitions of steps of the method in trouble-free normal operation of the catalyst; it then serves only as a redundant measuring device, for example to detect a malfunction in the operation of the catalyst device.
  • the advantage of this development is that a defined initial state of the catalyst is recorded, so that the method runs particularly efficiently.
  • the first deflection of the post-catalyst lambda sensor is used as a start signal for the method, whereby the method is not carried out until the first deflection of the post-catalyst lambda sensor is recorded.
  • another active operating mode or two or more active operating modes are recorded. It is therefore recorded that the internal combustion engine is being operated simultaneously in one or more of the operating modes "dynamic load build-up", “safe combustion”, “consumption-optimized” and/or other/other possible operating modes.
  • Each of the operating modes results in a different composition of the raw exhaust gas.
  • the intake valves are opened in relation to a combustion chamber of the internal combustion engine. 22-3450 10 opened while the exhaust valves are still open, so that part of the intake air flows out of the combustion chamber via the exhaust valves, so that this part of the intake air does not take part in combustion in the combustion chamber.
  • safe combustion the internal combustion engine is controlled in such a way that - especially during a cold start or when the inner walls of the combustion chamber are (still) cold - ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber is guaranteed.
  • the internal combustion engine is controlled for operation that is as fuel-efficient as possible.
  • steps S2-S4 are carried out separately and in parallel for each of the active operating modes recorded in the method.
  • step S5 it is recorded what percentage share of operating mode B1, B2, ..., Bn the respective operating mode has in the current overall operation or in the currently active mixed operating mode of the internal combustion engine.
  • step S5 the total actual oxygen supply value SZ is total is determined by adding the operating mode weighted actual oxygen supply values SZ is B1 , SZ is B2 , ..., SZ is Bn : 22-3450 11
  • the oxygen requirement value m O2 requirement is determined particularly precisely, since the composition of the raw exhaust gas is taken into account particularly precisely depending on the operating modes involved.
  • an operating mode characteristic curve is used to record the respective percentage operating mode share B 1 , B 2 , ..., B n , which was specifically created for the purpose of controlling the catalytic converter device.
  • the operating mode characteristic curve is not provided by the engine control unit of the internal combustion engine, the motor vehicle or another control unit external to the catalytic converter device.
  • the operating mode weighting determined or set by means of the control of the internal combustion engine can be used for the method, but for a particularly efficient and particularly quick setting of the target oxygen quantity in the catalyst, it has proven more expedient to use the operating mode characteristic curve developed specifically for the method.
  • the unweighted oxygen supply partial value sa, sb is determined from the respective characteristic map, which corresponds to the closest of the lambda values stored in the characteristic map.
  • the extrapolation factor E and the respective oxygen supply partial value sa, sb are then multiplied with one another before step S4, i.e. before adding the oxygen supply partial values Sa, Sb, in particular before the map weighting of the oxygen supply partial value sa, sb. This means that the oxygen supply partial values sa, sb are calculated using the extrapolation factor E if a lambda value is recorded that is not stored in the maps.
  • a further possible embodiment of the method provides for an absorption correction factor M to be determined based on an oxygen absorption capacity of the catalyst.
  • the oxygen absorption capacity of the catalyst is determined in particular based on an exhaust gas mass flow and the actual amount of oxygen in the catalyst using an absorption capacity characteristic map developed specifically for the method.
  • the following applies to the absorption correction factor M: – if the catalyst is fully capable of absorbing oxygen: M ⁇ 1, – if the catalyst is partially capable of absorbing oxygen: 0 ⁇ M ⁇ 1, – if the catalyst is not capable of absorbing oxygen at all: M ⁇ ⁇ 0.
  • the absorption correction factor M is multiplied by the total actual oxygen supply value SZist ges, so that the total actual oxygen supply value SZist ges is adapted to the current oxygen absorption capacity of the catalyst.
  • the oxygen requirement value mO2 requirement is then output or provided in step S8, which takes the adjusted total actual oxygen supply value SZist ges into account. In this way, both oxygen overload and oxygen undersupply of the catalyst are avoided particularly efficiently.
  • it is taken into account whether the internal combustion engine is operated completely or partially in overrun mode. For this purpose, an overrun combustion chamber number Z and a combustion chamber-specific overrun oxygen supply value SZZ are determined.
  • the overrun combustion chamber number Z characterizes a number of combustion chambers of the internal combustion engine that are operated in an unfired (ignition-free) overrun mode.
  • the combustion chamber-specific overrun oxygen supply value SZZ characterizes an amount of oxygen that is supplied to the catalyst from exactly one unfired combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the overrun oxygen supply value SZ Z is determined using an air mass flow that is channeled through an unfired combustion chamber in overrun mode. In this embodiment of the method, it is further evaluated how the overrun 22-3450 13 operating combustion chamber number Z and a total number Z VKM of the combustion chambers of the internal combustion engine are related to each other.
  • step S5 the overrun-mode corrected actual oxygen supply value SZist Z korr and the actual combustion chamber oxygen supply value SZZ ist are added to the total actual oxygen supply value SZist ges: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • FIG. 1 a flow chart to illustrate a method for operating a catalyst device for an internal combustion engine that has a catalyst
  • Fig. 1 shows Fig. 1a and Fig. 1b
  • Fig. 2 shows a weighting characteristic used in the method
  • Fig. 3 shows a control model characterizing the method that was generated using modeling software for modeling physical systems, in this case Matlab Simulink
  • Fig. 3 shows Figs. 3a, 3b, 3c, and 3d.
  • the catalytic converter device the internal combustion engine, their control methods and the motor vehicle are not shown in the figures. 22-3450 15
  • the method is used to provide an oxygen requirement value m O2 requirement that characterizes an oxygen supply that is to be supplied to the catalyst in order to set a target oxygen quantity in the catalyst particularly efficiently in order to operate it as close as possible to a combustion stoichiometric lambda value.
  • the catalyst device forms a component of the internal combustion engine according to the invention, to which the catalyst is connected on the exhaust side.
  • the internal combustion engine in particular an engine control unit of the internal combustion engine, accepts the oxygen requirement value determined by the method as a control signal, so that the internal combustion engine is controlled by the control method in such a way that it provides an oxygen supply by means of which the target oxygen quantity is set in the catalyst.
  • a step S1 of the method for operating the catalyst device an active operating mode of the internal combustion engine is detected.
  • the internal combustion engine is operated in a mixed operating mode, which means that in step S1 two or more simultaneously active but different operating modes (indicated in Fig. 3b with the reference symbols 1, 2, 3) of the internal combustion engine are detected, which overlap or superimpose one another.
  • the internal combustion engine is operated partly in a first operating mode, partly in a second operating mode and partly in at least one further operating mode at the same time.
  • the present method also detects what percentage share of operating mode B1, B2, ..., Bn the respective operating mode has in the current overall operation or in the currently active mixed operating mode of the internal combustion engine. This can be read out, for example, from an engine control unit of the internal combustion engine. In this example, however, it is provided that the respective percentage operating mode share B1, B2, ..., Bn is taken from an operating mode characteristic curve specially developed for the method for operating the catalytic converter device.
  • a lambda value ⁇ is recorded.
  • a target lambda value is used as the lambda value ⁇ - especially if the method determines that a measurement signal from a pre-catalyst lambda sensor is implausible or unreliable - which is provided, for example, by the engine control unit of the internal combustion engine. 22-3450 16 If, however, the method determines that the measurement signal of the pre-cat lambda sensor is plausible, the lambda value ⁇ is measured using the pre-cat lambda sensor.
  • S3.1 designates a step of the method in which a characteristic field weighting factor K is determined based on the recorded lambda value ⁇ using a predetermined weighting characteristic curve 7 (see Fig.2), for which the following applies: 0 ⁇ K ⁇ +1.
  • the graph 7a of the weighting characteristic curve 7 results from the equation for ⁇ ⁇ 0.9 for 0.9 ⁇ ⁇ ⁇ 1 for 1 ⁇ ⁇ ⁇ 1.1 for ⁇ > 1.1
  • Fig.2 shows further possible weighting characteristics 7.
  • 7b denotes a graph of a weighting characteristic 7 which is formed from odd or non-linear characteristic components instead of linear characteristic components, for example according to a parabolic function, a logarithmic function, an exponential function, a reciprocal function, etc.
  • a second oxygen supply partial value s b is determined in step S3.3.1 from the characteristic map for ⁇ > ⁇ 1 specified for the recorded operating mode. If, on the other hand, the lambda value ⁇ recorded in step S2 is less than 1, a step S3.3.2 is carried out instead of step S3.3.1, in which 22-3450 17 chem the second oxygen supply partial value s b is determined from the characteristic map specified for the detected operating mode for ⁇ 1.
  • an extrapolation factor E is also determined in the process. If such a lambda value ⁇ which is not covered by the lambda value ranges of the load-speed characteristic maps is detected in step S2, an oxygen supply partial value s a , s b determined from the corresponding characteristic map, which corresponds to the closest of the lambda values ( ⁇ ) stored in the characteristic map, is multiplied by the extrapolation factor and thus used for the further process.
  • the use of the extrapolation factor E is marked in Fig.3c with the reference symbol 4.
  • the characteristic map-weighted oxygen supply partial values S a , S b are added to an actual oxygen supply value SZ in a step S4 of the process.
  • the steps of the method described up to this point are carried out simultaneously and separately for each of the operating modes involved in the overall operation.
  • a combustion chamber-specific overrun oxygen supply value SZ Z is determined, which characterizes an amount of oxygen that is supplied to the catalyst from exactly one unfired combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the overrun oxygen supply value SZZ is determined based on an air mass flow that is channeled through the corresponding unfired combustion chamber during overrun.
  • the actual oxygen supply value SZist Zkorr corrected for overrun mode in the present example is two thirds of the actual oxygen supply value SZist resulting from the fully fired operation of the internal combustion engine.
  • an actual oxygen quantity value m O2 is detected which characterizes an actual oxygen quantity, here an actual oxygen mass, that is currently stored in the catalytic converter.
  • the total actual oxygen supply value SZ ist ges is added, for example, to an oxygen quantity output value m 0 of the catalytic converter.
  • a lambda deflection is recorded by means of a post-catalyst lambda sensor (which can also be referred to as a trim sensor) arranged on the outflow side after the catalytic converter in the exhaust system, which characterizes the presence of a defined oxygen quantity in the catalytic converter.
  • the actual oxygen quantity value m O2 ist of the catalytic converter is then recorded by adding the total actual oxygen supply value SZ ist ges and an oxygen quantity output value m 0 characterizing the defined oxygen quantity.
  • a step S7 based on the total actual oxygen supply value SZist ges, the actual oxygen quantity value mO2 ist, and a target oxygen quantity value mO2 soll, which characterizes the target oxygen quantity, for example a target oxygen mass, in the catalyst at which the catalyst operates at the best possible conversion rate, the oxygen 22-3450 20 material requirement value m O2 requirement is determined.
  • an absorption correction factor M is determined based on the oxygen absorption capacity of the catalyst.
  • the oxygen absorption capacity of the catalyst is determined based on an exhaust gas mass flow and the actual oxygen quantity in the catalyst using an absorption capacity map developed specifically for the process.
  • the following applies to the uptake correction factor M: – if the catalyst is fully capable of absorbing oxygen: M ⁇ 1, – if the catalyst is partially capable of absorbing oxygen: 0 ⁇ M ⁇ 1, – if the catalyst is not capable of absorbing oxygen at all: M ⁇ ⁇ 0.
  • the uptake correction factor M is multiplied by the total actual oxygen supply value SZist ges, so that the total actual oxygen supply value SZist ges is scaled according to the current oxygen uptake capacity of the catalyst.
  • a possible control implementation for determining the uptake correction factor M is shown.
  • a step S8 the oxygen requirement value mO2 requirement is provided, here sent to another control unit, in this case the engine control unit of the internal combustion engine.
  • another control unit in this case the engine control unit of the internal combustion engine.
  • the total actual oxygen supply value SZist ges is determined recursively by integrating or adding up the actual oxygen supply values SZist of the recording time periods over a total duration of the recording time periods to form the total actual oxygen supply value SZist ges .
  • the actual oxygen quantity value mO2 ist is recursively developed by adding the total actual oxygen quantity value mO2 ist to an actual oxygen quantity value mO2 ist of a previous run of the method steps. 22-3450 21 fuel supply value SZ is total of the current run is added. The oxygen demand value m O2 demand is therefore continuously adjusted and provided during the duration of the operation of the catalyst.
  • the oxygen quantity output value m 0 is only recorded by means of a single, initial deflection of the post-catalyst lambda sensor. It can also be provided that the initial deflection of the post-catalyst lambda sensor is used as a start signal for the method, with the method not being carried out until the initial deflection of the post-catalyst lambda sensor is recorded.
  • the initial deflection of the post-catalyst lambda sensor is used as a start signal for the method, with the method not being carried out until the initial deflection of the post-catalyst lambda sensor is recorded.
  • step S3.1 based on the recorded lambda value ⁇ and using the predefined weighting characteristic curve 7, a map weighting factor (K) is determined, for which the following applies: ⁇ 1 ⁇ K ⁇ +1.
  • step S3.2 the determined first oxygen supply partial value s a is multiplied by a difference whose minuend is 1 and whose subtrahend is the amount of the map weighting factor K, which results in the first map-weighted oxygen supply partial value S a .
  • step S3.4 the second oxygen supply partial value sb is multiplied by the value of the map weighting factor K, resulting in the second map-weighted oxygen supply partial value Sb.
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • Steps S1, S2, S3.3, S3.3.1, S3.3.2 and S4-S8 as well as any secondary or sub-steps are carried out in the alternative embodiment as described above.
  • the method for operating the catalyst device, the catalyst device, the internal combustion engine, the control method and the motor vehicle show a respective possibility of how the efficiency of a catalyst device can be improved.
  • the amount of exhaust gas that exits the catalyst device untreated or only slightly treated is significantly reduced compared to the prior art.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer Katalysatoreinrichtung, eine Katalysatoreinrichtung, eine Verbrennungskraftmaschine, ein Steuerungsverfahren zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine sowie ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Beim Verfahren wird ein Lambdawert (λ) erfasst, und basierend darauf ein Kennfeldgewichtungsfaktor (K) ermittelt. Aus für eine erfasste aktuelle Betriebsart vorgegebenen Kennfeldern werden Sauerstoffzufuhrteilwerte (sa, sb) ermittelt und mittels des Kennfeldgewichtungsfaktors (K) gewichtet. Die kennfeldgewichteten Sauerstoffzufuhrteilwerte (Sa, Sb) werden zu einem Ist- Sauerstoffzufuhrwert (SZist) addiert, der in einen Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist ges) eingeht. Basierend auf dem Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist ges), einem Ist-Sauerstoffmengenwert (mO2 ist) und einem Soll-Sauerstoffmengenwert (mO2 soll), der eine Soll-Sauerstoffmenge im Katalysator charakterisiert, bei der der Katalysator mit bestmöglicher Konvertierungsrate arbeitet, wird ein Sauerstoffbedarfswert (mO2 Bedarf) und bereitgestellt.

Description

22-3450 1 Verfahren zum Betreiben einer Katalysatoreinrichtung, Katalysatoreinrichtung, Verbrennungskraftmaschine, Steuerungsverfahren zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine und Kraftfahrzeug Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer einen Katalysator aufweisenden Katalysatoreinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Katalysatoreinrichtung, die Mittel aufweist, um vorgenanntes Verfahren durchzuführen. Zudem betrifft die Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine, an die der Katalysator der Katalysatoreinrichtung abgasseitig angeschlossen ist, sowie ein Steuerungsverfahren zum Steuern einer solchen Verbrennungskraftmaschine. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das eine solche Verbrennungskraftma- schine und infolgedessen die Katalysatoreinrichtung aufweist. Es besteht der Bedarf, ein im Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine aus dieser ausge- stoßenes Abgas besonders effizient nachzubehandeln, um einen Schadstoffausstoß in die Umwelt bestmöglich zu reduzieren. Hierzu sind aus dem Stand der Technik lambda- geregelte Katalysatoren bekannt. Eine möglichst hohe Konvertierungsrate wird mit dem Katalysator erreicht, wenn dieser in einem engen Bereich um ein verbrennungsstöchio- metrisches Verbrennungsluftverhältnis (λ^=^1), dem sogenannten Lambdafenster, betrie- ben wird. Dazu ist es hilfreich, im Betrieb des Katalysators eine aktuelle Beladung des Ka- talysators mit Sauerstoff zu kennen. Die DE 102004009615 A1 schlägt in diesem Zu- sammenhang ein Verfahren zur Ermittlung einer aktuellen Sauerstoffbeladung eines Drei- Wege-Katalysators einer lambdageregelten Verbrennungskraftmaschine vor, wobei aus einem Vorkat-Lambdasondensignal und einem gemessenen Luftdurchsatz durch Integra- tion über die Zeit ein Wert für die aktuelle Sauerstoffbeladung berechnet wird, der bei Sig- 22-3450 2 naldurchbrüchen einer Nachkat-Lambdasonde initialisiert wird. Zum Zeitpunkt eines sol- chen Signaldurchbruchs der Nachkat-Lambdasonde hat aber bereits ein ungünstiges Ver- brennungsluftverhältnis vorgelegen, sodass das daraus resultierende Abgas stromab des Katalysators unbehandelt oder nur wenig behandelt, also schadstoffreich, in die Umwelt strömt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Effizienz einer Katalysatoreinrichtung für eine Verbren- nungskraftmaschine zu verbessern bzw. eine Menge eines Abgases, das unbehandelt o- der nur wenig behandelt aus der Katalysatoreinrichtung austritt, zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Be- schreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprü- che dargelegt sind, sind kategorie- und ausführungsformübergreifend zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen. Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer einen Katalysator aufwei- senden Katalysatoreinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen. Mit- hilfe des Verfahrens wird ein Sauerstoffbedarfswert mO2 Bedarf bereitgestellt, der der eine Sauerstoffzufuhr charakterisiert, die dem Katalysator zuzuführen ist, um eine Soll-Sauer- stoffmenge im Katalysator einzustellen, bei der der Katalysator mit bestmöglicher Konver- tierungsrate arbeitet. Des Weiteren schlägt die Erfindung eine Katalysatoreinrichtung vor, die den Katalysator aufweist und dazu konfiguriert ist, das Verfahren zum Betreiben der Katalysatoreinrichtung durchzuführen. Die Katalysatoreinrichtung bildet in bestimmungs- gemäßer Einbaulage einen Bestandteil der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftma- schine, an die abgasseitig der Katalysator angeschlossen ist. Die Verbrennungskraftma- schine, insbesondere eine Motorsteuereinheit der Verbrennungskraftmaschine, akzeptiert den mittels des Verfahrens ermittelten Sauerstoffbedarfswert mO2 Bedarf als Steuersignal. Infolgedessen ist die Verbrennungskraftmaschine derart steuerbar, dass sie eine Sauer- stoffzufuhr bereitstellt, mittels derer im Katalysator die Soll-Sauerstoffmenge eingestellt wird. Bei dem erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren zum Steuern der Verbrennungs- 22-3450 3 kraftmaschine wird sie derart gesteuert, dass sie eine Sauerstoffzufuhr bereitstellt, mittels derer im Katalysator die Soll-Sauerstoffmenge eingestellt wird. Es wird erfindungsgemäß zudem ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das die Verbrennungskraftmaschine und infolge- dessen die Katalysatoreinrichtung aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Katalysatoreinrichtung kann es sich um ein computerimplementiertes Verfahren handeln. Dann ist die Katalysatoreinrich- tung dazu konfiguriert, das Verfahren auszuführen. Hierzu weist die Katalysatoreinrich- tung insbesondere eine Katalysatorsteuereinheit auf. Weiter schlägt die Erfindung dann ein erstes Computerprogramm vor, das bei einer Ausführung seiner Programmbefehle durch die Katalysatoreinrichtung, insbesondere deren Katalysatorsteuereinheit, diese ver- anlasst, das Verfahren zum Betreiben der Katalysatoreinrichtung auszuführen. Ferner kann es sich bei dem Steuerungsverfahren zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine um ein computerimplementiertes Verfahren handeln. In diesem Fall ist die Verbrennungs- kraftmaschine dazu konfiguriert, das Verfahren auszuführen. Hierzu weist die Verbren- nungskraftmaschine insbesondere die Motorsteuereinheit auf. Es wird dann gemäß der Erfindung ein zweites Computerprogramm vorgeschlagen, wobei bei einer Ausführung der Programmbefehle des zweiten Computerprogramms durch die Verbrennungskraftma- schine, insbesondere durch deren Motorsteuereinheit, die Verbrennungskraftmaschine gemäß dem Steuerungsverfahren zum Steuern der Verbrennungskraftmaschine gesteuert wird. Die Erfindung schlägt zudem ein computerlesbares Speichermedium vor, auf dem das erste Computerprogramm und/oder das zweite Computerprogramm gespeichert sind/ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der Katalysatoreinrichtung wird in einem Erfassungszeitabschnitt, der zum Beispiel eine vorgegebene Dauer von 10^ms (Mil- lisekunden) hat, in einem Schritt S1 eine aktive Betriebsart der Verbrennungskraftma- schine erfasst. Es wird also beispielsweise erfasst, ob die Verbrennungskraftmaschine in einer Betriebsart „Dynamischer Lastaufbau“, einer Betriebsart „Sichere Verbrennung“ oder in einer Betriebsart „Verbrauchsoptimiert“ betrieben wird. Eine zwei oder mehr Betriebsar- ten aufweisende Mischbetriebsart ist denkbar, worauf weiter unten noch genauer einge- gangen wird. Jeder möglichen Betriebsart sind drei zur entsprechenden Betriebsart gehö- rende Last-Drehzahl-Kennfelder zugeordnet, nämlich eines für λ^=^1 (verbrennungsstöchi- ometrisch), eines für λ^<^1 (mager) und eines für λ^>^1 (fett). Die Kennfelder bilden bei- spielsweise einen Lambdabereich von λ^=^1,1 (einschließlich) bis λ^=^0,9 (einschließlich) 22-3450 4 ab. Der Inhalt es jeweiligen Last-Drehzahl-Kennfelds wird beispielsweise mittels Prüf- standsmessungen und Berechnung von chemischen Reaktionen im Katalysator ermittelt. Aus den Kennfeldern geht die Information hervor, ob im Betrieb der Verbrennungskraft- maschine Sauerstoff in den Katalysator eingetragen oder aus dem Katalysator ausgetra- gen wird. Für das weitere Verfahren wird in einem Schritt S2, der vor, während oder nach dem Schritt S1 ausgeführt werden kann, ein Lambdawert λ erfasst. Zum Erfassen des Lamb- dawerts wird im Rahmen des Verfahrens insbesondere untersucht, ob ein Messsignal ei- ner zwischen der Verbrennungskraftmaschine und dem Katalysator im Abgasstrang ange- ordneten Vorkat-Lambdasonde als verlässlich gilt. Ist dies der Fall, wird der Lambdawert mittels der Vorkat-Lambdasonde gemessen. Wird dahingegen herausgefunden, dass das Messsignal der Vorkat-Lambdasonde als unzuverlässig anzunehmen ist, etwa aufgrund eines Defekts, einer unzureichenden Betriebstemperatur etc., wird der Lambdawert er- fasst, indem ein mittels einer Motorsteuereinheit der Verbrennungskraftmaschine ermittel- ter Soll-Lambdawert angenommen wird. Basierend auf dem erfassten Lambdawert λ wird in einem Schritt S3.1 des Verfahrens ein Kennfeldgewichtungsfaktor K ermittelt. In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird der Kennfeldgewichtungsfaktor K anhand einer vorgegebenen Gewichtungskennlinie ermittelt, wobei der Kennfeldgewichtungsfaktor K mindestens 0 und höchstens +1 beträgt (0^≤^K^≥^1). Die Gewichtungskennlinie stellt einen Zusammenhang zwischen dem erfass- ten Lambdawert λ und dem Kennfeldgewichtungsfaktor K her. Insbesondere ist der Graph der Gewichtungskennlinie zumindest in einem Kennlinienanteil der Gewichtungskennlinie gemäß folgender Gleichung gebildet (siehe Fig.2 – Graph 7a der Kennlinie 7): für ^^ < 0,9 für 0,9 ≤ ^^ < 1 für 1 ≤ ^^ ≤ 1,1 für ^^ > 1,1 Die Gewichtungskennlinie kann anstatt aus linearen Kennlinienanteilen aus wenigstens einem ungeraden bzw. nichtlinearen Kennlinienanteil gebildet sein, beispielsweise we- nigstens einen Teil eines Parabelgraphen, eines Hyperbelgraphen, eines Graphen einer Logarithmusfunktion, eines Graphen einer Exponentialfunktion, eines Graphen einer Kehrwertfunktion, eines Ovals (Spezialfall Ellipse, Spezialfall Kreis) etc., aufweisen. Zu- 22-3450 5 dem ist eine Gewichtungskennlinie denkbar, die sowohl wenigstens einen linearen Kennli- nienanteil und wenigstens einen nichtlinearen bzw. ungeraden Kennlinienanteil aufweist. Weiter wird in einem Schritt S3.2 aus dem der erfassten Betriebsart zugeordneten Last- Drehzahl-Kennfeld für λ^=^1 ein erster Sauerstoffzufuhrteilwert sa ermittelt. Der erste Sau- erstoffzufuhrteilwert sa charakterisiert je nach seinem Vorzeichen einen Sauerstoffeintrag in den Katalysator oder einen Sauerstoffaustrag aus dem Katalysator. Der erster Sauer- stoffzufuhrteilwert sa wird in Schritt S3.2 zudem mit dem Kennfeldgewichtungsfaktor K ver- rechnet, in einer möglichen Ausführungsform des Verfahrens multipliziert, woraus ein ers- ter kennfeldgewichteter Sauerstoffzufuhrteilwert Sa resultiert: ^^ ^^ = ^^ ^^ ⋅ ^^ In Schritt S3.3 des Verfahrens wird ein zweiter Sauerstoffzufuhrteilwert sb ermittelt, und zwar, wenn der erfasste Lambdawert λ größer als 1 , aus dem der erfassten Betriebsart zugeordneten Kennfeld für λ^>^1, oder, wenn der erfasste Lambdawert λ kleiner als 1 ist, aus dem der erfassten Betriebsart zugeordneten Kennfeld für λ^<^1. Analog zum ersten Sauerstoffzufuhrteilwert sa charakterisiert der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb abhängig von seinem Vorzeichen einen Sauerstoffeintrag in den Katalysator oder einen Sauerstoff- austrag aus dem Katalysator. Wird in Schritt S2 zum Beispiel der Lambdawert λ^=^1,01 er- fasst, wird der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb aus dem Kennfeld für λ^>^1 genommen (Schritt S3.3.1). Wird dahingegen in Schritt S2 zum Beispiel ein Lambdawert λ^=^0,96 er- fasst, wird der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb aus dem Kennfeld für λ^<^1 genommen (Schritt S3.3.2). Es schließt sich an den Schritt S3.3.1 bzw. S3.3.2 ein weiterer Schritt S3.4 an, in welchem der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb mit dem Kennfeldgewichtungs- faktor K verrechnet wird, woraus ein zweiter kennfeldgewichteter Sauerstoffzufuhrteilwert Sb resultiert. In einer möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird der zweite Sauerstoff- zufuhrteilwert sb mit einer Differenz multipliziert, deren Minuend 1 ist und deren Subtra- hend der Kennfeldgewichtungsfaktor K ist, um den kennfeldgewichteten Sauerstoffzufuhr- teilwert Sb zu erhalten: ^^ ^^ = ^^ ^^ ⋅ (1 − ^^) Wenn der Lambdawert hierbei genau λ^=^1 ist, ist der Kennfeldgewichtungsfaktor K^=^1, wodurch der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb^= 0 ist. In einem solchen Fall wird der erste 22-3450 6 Sauerstoffzufuhrteilwert sa mit 100^% gewichtet und der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb mit 0^%. Die kennfeldgewichteten Sauerstoffzufuhrteilwerte Sa, Sb werden in einem Schritt S4 des Verfahrens zu einem eine Ist-Sauerstoffzufuhr des Katalysators charakterisieren- den Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist des Erfassungszeitabschnitts addiert. Auf diese Weise kann ohne Zuhilfenahme einer Nachkat-Lambdasonde (die auch Trimmsonde genannt wird) eine Sauerstoffzufuhr zum Katalysator bzw. eine Sauerstoffabfuhr aus dem Kataly- sator pro Erfassungszeitabschnitt bestimmt werden. Es werden dabei in vorteilhafter Weise auch katalytische Reaktionen in einem Rohabgas berücksichtigt, welche sich je nach Betriebsart und/oder Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine bei gleichem Lambdawert unterschiedlich verhalten. In einem Verfahrensschritt S5 wird ein Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges, erfasst, der den Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist aufweist, und in einem Verfahrensschritt S6 wird ein Ist-Sauerstoffmengenwert mO2 ist erfasst, der eine Ist-Sauerstoffmenge, zum Beispiel eine Ist-Sauerstoffmasse, charakterisiert, die im Katalysator aktuell gespeichert ist. Der Ge- samt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges weist also für einen Durchlauf des Verfahrens bis hierher, insbesondere für einen jeweiligen Erfassungszeitabschnitt, den Ist-Sauerstoffzu- fuhrwert SZist auf; der ermittelte Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist wird beispielsweise in Form des Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwerts SZist ges zu einem weiteren Schritt des Verfahrens durchgeschleust. Wie weiter unten noch beschrieben wird, kann der Gesamt-Ist-Sauer- stoffzufuhrwert SZist ges im Schritt S5 aus zwei oder mehr Ist-Sauerstoffzufuhrwerten SZist aufaddiert werden. Der Ist-Sauerstoffmengenwert mO2 ist wird im Schritt S6 zum Beispiel dadurch erfasst, dass der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges zu einem Sauerstoff- mengenausgangswert m0 des Katalysators hinzuaddiert wird. In einem Schritt S7 wird basierend auf dem Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges, dem Ist-Sauerstoffmengenwert mO2 ist, und einem Soll-Sauerstoffmengenwert mO2 soll, der die Soll-Sauerstoffmenge, zum Beispiel eine Soll-Sauerstoffmasse, im Katalysator charakteri- siert, bei der der Katalysator mit bestmöglicher Konvertierungsrate arbeitet, der Sauer- stoffbedarfswert mO2 Bedarf ermittelt. Dieser charakterisiert eine Sauerstoffzufuhr, die – je nach Vorzeichen des Sauerstoffbedarfswerts mO2 Bedarf – dem Katalysator zuzuführen bzw. aus dem Katalysator abzuführen ist, um die Soll-Sauerstoffmenge im Katalysator einzu- stellen, bei der der Katalysator mit bestmöglicher Konvertierungsrate arbeitet. Liegt also im Katalysator die Soll-Sauerstoffmenge vor, wird er mit einem verbrennungsstöchiometri- schen Verbrennungsluftverhältnis (λ^=^1), dem sogenannten Lambdafenster, betrieben. In 22-3450 7 einem Schritt S8 wird der Sauerstoffbedarfswert mO2 Bedarf bereitgestellt, beispielsweise ei- ner anderen Steuereinheit zugestellt und/oder anderweitig ausgegeben. Insbesondere wird der Sauerstoffbedarfswert mO2 Bedarf der Motorsteuereinheit der Verbrennungskraftma- schine bereit- bzw. zugestellt. Mittels des Verfahrens zum Betreiben der Katalysatoreinrichtung wird die Effizienz einer Katalysatoreinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine verbessert, sodass die Ver- brennungskraftmaschine bzw. das die Verbrennungskraftmaschine aufweisende Kraftfahr- zeug besonders emissionsarm betreibbar sind. Denn eine Menge eines Abgases, das un- behandelt oder nur wenig behandelt aus der Katalysatoreinrichtung austritt, wird reduziert, wobei besonders wenig Rechenleistung von beteiligten Computern bzw. Steuergeräten etc. aufgewendet werden muss. Ein Bestimmen eines Sauerstoffbedarfs im Katalysator geht aufgrund des Verfahrens nun nicht mehr mit einem Messen eines Lambdawerts stromab des Katalysators (Trimmsondenausschlag) einher, sondern wird anhand des hie- rin dargelegten Verfahrens bestimmt, ohne dass es häufig zum Trimmsondenausschlag aufgrund eines Ausströmens von wenig behandeltem Abgas aus dem Katalysator kommt. In einer weiteren möglichen Ausführungsform des Verfahrens werden die Schritte S1, S2 wie oben beschrieben ausgeführt. Im Schritt S3.1 wird dann basierend auf dem erfassten Lambdawert λ ein Kennfeldgewichtungsfaktor K ermittelt. Insbesondere wird der Kenn- feldgewichtungsfaktor K anhand einer vorgegebenen Gewichtungskennlinie ermittelt, wo- bei der Kennfeldgewichtungsfaktor K hier mindestens −1 und höchstens +1 beträgt (−1^≤^K^≥^+1). Die Gewichtungskennlinie ist dann insbesondere gemäß folgender Glei- chung abgebildet (siehe Fig.2 – Graph 7c der Kennlinie 7): −1 für ^^ < 0,9 ^^ = { ( ^^ − 1) ⋅ 10 für 0,9 ≤ ^^ ≤ 1,1 1 für ^^ > 1,1 Der erster Sauerstoffzufuhrteilwert sa wird in Schritt S3.2 gemäß dieser Ausführungsform des Verfahrens mit einer Differenz multipliziert, deren Minuend 1 ist und deren Subtra- hend der Betrag des Kennfeldgewichtungsfaktors K ist, woraus der erste kennfeldgewich- tete Sauerstoffzufuhrteilwert Sa resultiert: ^^ ^^ = ^^ ^^ ⋅ (1 − | ^^|) 22-3450 8 Es schließen sich dann die Schritte S3.3, S3.3.1 und S3.3.2 wie oben beschrieben an. Nach Schritt S3.3.1 bzw. S3.3.2 erfolgt dann der Schritt S3.4, in welchem gemäß dieser Ausgestaltung des Verfahrens der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb mit dem Betrag des Kennfeldgewichtungsfaktors K multipliziert wird, woraus der zweite kennfeldgewichtete Sauerstoffzufuhrteilwert Sb resultiert: ^^ ^^ = ^^ ^^ ⋅ | ^^| Wenn der Lambdawert dabei genau λ^=^1 ist, ist der Kennfeldgewichtungsfaktor K^=^0, wodurch der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb^= 0 ist. Hiernach schließen sich die oben beschriebenen Schritte S4 bis S8 an. Einer möglichen weiteren Ausgestaltung des Verfahrens zufolge werden wenigstens die Schritte S1 bis S8 für einen weiteren Erfassungszeitabschnitt oder mehr Erfassungszeit- abschnitte wiederholt, wobei im jeweiligen Schritt S5 der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges ermittelt wird, indem die Ist-Sauerstoffzufuhrwerte SZist der Erfassungszeitab- schnitte über eine Gesamtdauer der Erfassungszeitabschnitte zum Gesamt-Ist-Sauerstoff- zufuhrwert SZist ges integriert werden. Hierdurch wird die Information geschaffen, mit wie viel Sauerstoff der Katalysator über die Zeit bzw. während seines Betriebs beladen wird. Weiter wird dann im Schritt S6 der Ist-Sauerstoffmengenwert mO2 ist erfasst bzw. weiterge- bildet, indem zu einem Ist-Sauerstoffmengenwert mO2 ist eines vorhergehenden Durch- gangs der Verfahrensschritte S1 bis S6 der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges des aktuellen Durchlaufs hinzuaddiert wird. Dadurch wird ermittelt, mit wie viel Sauerstoff der Katalysator bezogen auf die Zeit beladen ist. Es wird so der Sauerstoffbedarfswert mO2 Be- darf während der Dauer des Betriebs des Katalysators kontinuierlich angepasst und bereit- gestellt. Es können weitere Schritte des Verfahrens, insbesondere Schritte von weiteren hierin beschriebenen möglichen Ausgestaltungen des Verfahrens, für den weiteren Erfas- sungszeitabschnitt bzw. für die weiteren Erfassungszeitabschnitte wiederholt werden. In einer möglichen Weiterbildung ist vorgesehen, dass vor einem erstmaligen Ermitteln des Sauerstoffbedarfswerts mO2 Bedarf, insbesondere vor einem erstmaligen Ermitteln des Sauerstoffmengenwerts mO2 ist, mittels einer ausströmseitig nach dem Katalysator im Ab- gasstrang angeordneten Nachkat-Lambdasonde (die auch als Trimmsonde bezeichnet werden kann) ein Lambda-Ausschlag erfasst wird, der das Vorliegen einer definierten 22-3450 9 Sauerstoffmenge im Katalysator charakterisiert. Der Ausschlag der Nachkat-Lambdason- de charakterisiert, dass im Katalysator eine definierte Menge an Sauerstoff vorhanden ist. Liefert die Nachkat-Lambdasonde einen Ausschlag in Richtung Fettgemisch (λ^<^1), wird angenommen, dass im Katalysator besonders wenig Sauerstoff vorliegt; es wird ein Sau- erstoffmengenausgangswert m0 angenommen, der ein sauerstoffarmes Gasgemisch im Katalysator charakterisiert. Schlägt die Nachkat-Lambdasonde in Richtung Magergemisch (λ^>^1) aus, bedeutet das, dass im Katalysator besonders viel Sauerstoff vorliegt; dann wird ein Sauerstoffmengenausgangswert m0 angenommen, der ein sauerstoffreiches Gas- gemisch im Katalysator charakterisiert. Im Schritt S6 wird dann der Ist-Sauerstoffmengen- wert mO2 ist des Katalysators erfasst, indem der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges und ein die definierte Sauerstoffmenge charakterisierender Sauerstoffmengenausgangs- wert m0 addiert werden. Sofern Schritte des Verfahrens wiederholt werden, ist insbeson- dere vorgesehen, dass nur mittels eines einzigen, erstmaligen Ausschlags der Nachkat- Lambdasonde der Sauerstoffmengenausgangswert m0 erfasst wird. In einem Normalbe- trieb, bei dem die mit der Katalysatoreinrichtung gekoppelte Verbrennungskraftmaschine mittels Kaltstarts gestartet wird, schlägt die Nachkat-Lambdasonde gewöhnlich nach ein bis zwei Sekunden erstmals aus. Für eventuelle Wiederholungen von Schritten des Ver- fahrens in einem störungsfreien Normalbetrieb des Katalysators unterbleibt der Einsatz der Nachkat-Lambdasonde; sie dient dann lediglich als redundantes Messmittel, bei- spielsweise zum Erkennen einer Störung des Betriebs der Katalysatoreinrichtung. Vorteil- haft bei dieser Weiterbildung ist, dass ein definierter Ausgangszustand des Katalysators erfasst wird, sodass das Verfahren besonders effizient abläuft. Denn auf ein Schätzen ei- ner aktuellen Sauerstoffmenge im Katalysator kann zum erstmaligen Ermitteln des Sauer- stoffmengenwerts mO2 ist verzichtet werden. Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der erstmalige Ausschlag der Nachkat-Lambdasonde als ein Startsignal für das Verfahren eingesetzt wird, wobei das Verfahren so lange nicht ausgeführt wird, bis der Erstaus- schlag der Nachkat-Lambdasonde erfasst wird. Bei einer weiteren möglichen Ausführungsform des Verfahrens wird eine weitere aktive Betriebsart oder werden zwei oder mehr aktive Betriebsarten erfasst. Es wird also erfasst, dass die Verbrennungskraftmaschine gleichzeitig in einer oder mehr der Betriebsarten „Dynamischer Lastaufbau“, „Sichere Verbrennung“, „Verbrauchsoptimiert“ und/oder ande- ren/weiteren möglichen Betriebsarten betrieben wird. Jede der Betriebsarten hat eine an- dere Zusammensetzung des Rohabgases zur Folge. Denn bei „Dynamischer Lastaufbau“ werden in Bezug auf einen Brennraum der Verbrennungskraftmaschine die Einlassventile 22-3450 10 geöffnet, während die Auslassventile noch offen sind, sodass ein Teil der Ansaugluft via Auslassventile aus dem Brennraum ausströmt, sodass dieser Ansaugluftteil folglich nicht an einer Verbrennung im Brennraum teilnimmt. Bei „Sicherer Verbrennung“ wird die Ver- brennungskraftmaschine derart gesteuert, dass – insbesondere bei Kaltstart bzw. bei (noch) kalten Brennrauminnenwänden – ein Zünden des im Brennraum befindlichen Kraft- stoff-Luft-Gemisches sicher gewährleistet ist. Bei „Verbrauchsoptimiert“ wird die Verbren- nungskraftmaschine für einen möglichst kraftstoffeffizienten Betrieb gesteuert. Wird die Verbrennungskraftmaschine einer Mischbetriebsart betrieben, die zwei oder mehr aktive Betriebsarten aufweist, werden bei dem Verfahren, die Schritte S2–S4 für jede der erfassten aktiven Betriebsarten separat und parallel ausgeführt. Zudem wird, ins- besondere vor dem Schritt S5, erfasst, welchen prozentualen Betriebsartanteil B1, B2, …, Bn die jeweilige Betriebsart an einem aktuellen Gesamtbetrieb bzw. an der aktuell aktiven Mischbetriebsart der Verbrennungskraftmaschine hat. Dabei gilt: Der jeweilige Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist wird dann mit dem zugehörigem der prozentu- alen Betriebsartanteile B1, B2, …, Bn multipliziert, wodurch betriebsartanteilgewichtete Ist- Sauerstoffzufuhrwerte SZist B1, SZist B2, …, SZist Bn erzeugt werden: für die erste Betriebsart: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^1 = ^^1 ⋅ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^, für die zweite Betriebsart: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^2 = ^^2 ⋅ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^, für die jede weitere Betriebsart: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ ⋅ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^. Im Schritt S5 wird der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges erfasst, indem die be- triebsartanteilgewichteten Ist-Sauerstoffzufuhrwerte SZist B1, SZist B2, …, SZist Bn addiert wer- den: 22-3450 11 Auf diese Weise wird der Sauerstoffbedarfswert mO2 Bedarf besonders genau ermittelt, da die Zusammensetzung des Rohabgases in Abhängigkeit der beteiligten Betriebsarten be- sonders genau berücksichtigt wird. Gemäß einer möglichen Weiterbildung wird zum Erfassen des jeweiligen prozentualen Betriebsartanteils B1, B2, …, Bn eine Betriebsartkennlinie eingesetzt, die gezielt zum Zwe- cke der Steuerung der Katalysatoreinrichtung erstellt wurde. Insbesondere wird die Be- triebsartkennlinie nicht durch die Motorsteuereinheit der Verbrennungskraftmaschine, des Kraftfahrzeugs oder einer anderen katalysatoreinrichtungsexternen Steuereinheit bereit- gestellt. Denn bei internen Untersuchungen wurde ermittelt, dass, um ein besonders vor- teilhaftes Ergebnis mittels des hierin beschriebenen Verfahrens zu erreichen, die Be- triebsarten, die am Gesamtbetrieb beteiligt sind, für das anders zu gewichten sind als es eine Steuerung der Verbrennungskraftmaschine tut. Daher ist die mittels der Steuerung der Verbrennungskraftmaschine ermittelte oder eingestellte Betriebsartgewichtung für das Verfahren zwar nutzbar, für ein besonders effizientes und insbesondere flinkes Einstellen der Soll-Sauerstoffmenge im Katalysator hat es sich jedoch als zweckmäßiger herausge- stellt, die eigens für das Verfahren entwickelte Betriebsartkennlinie einzusetzen. Es wird gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform des Verfahrens vorgeschla- gen, dass – falls in Schritt S2 ein Lambdawert erfasst wird, der außerhalb der in den Last- Drehzahl-Kennfeldern hinterlegten Lambdawertbereiche liegt, ein Extrapolationsfaktor E ermittelt wird, insbesondere aus einer speziell für das Verfahren entwickelten Extrapolati- onskennlinie. Zudem werden in den Schritten S3.2 und S3.3 aus dem jeweiligen Kennfeld der ungewichtete Sauerstoffzufuhrteilwert sa, sb ermittelt, der mit einem nächstliegenden der im Kennfeld hinterlegten Lambdawerte korrespondiert. Der Extrapolationsfaktor E und der jeweilige Sauerstoffzufuhrteilwert sa, sb werden dann vor dem Schritt S4, das heißt vor dem Addieren der Sauerstoffzufuhrteilwerte Sa, Sb, insbesondere vor dem Kennfeldge- wichten der Sauerstoffzufuhrteilwert sa, sb, miteinander multipliziert. Das bedeutet, dass die Sauerstoffzufuhrteilwerte sa, sb mithilfe des Extrapolationsfaktors E berechnet werden, falls ein Lambdawert erfasst wird, der in den Kennfeldern nicht hinterlegt ist. Dies ist bei- spielsweise der Fall, wenn die Last-Drehzahl-Kennfelder keine Lambdawerte λ^<^0,9 und/oder λ^>^1,1 abdecken und ein Lambdawert außerhalb dieser Grenzen erfasst wird. Andere Kennfelder, die einen größeren Lambdabereich abdecken, sind natürlich denkbar. Aufgrund des Extrapolationsfaktors E ist es besonders einfach bzw. aufwandsarm mög- lich, die Soll-Sauerstoffmenge im Katalysator selbst dann einzustellen, wenn ein Lambda- 22-3450 12 wert erfasst wird, der außerhalb der von den Kennfeldern abgedeckten Lambdawertberei- chen liegt. Ob der Katalysator zu einem Zeitpunkt Sauerstoff aufnehmen kann oder nicht, hängt unter anderem von der Menge an Sauerstoff ab, die zu demselben Zeitpunkt im Katalysator schon vorhanden ist. Um die Sauerstoffzufuhr zum Katalysator derart zu regeln, dass im Katalysator die Soll-Sauerstoffmenge sich möglichst schnell und effizient einstellt, ist ge- mäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, dass basierend auf einer Sauerstoffaufnahmefähigkeit des Katalysators ein Aufnahmekorrekturfaktor M ermittelt wird. Dabei wird die Sauerstoffaufnahmefähigkeit des Katalysators insbesondere basierend auf einem Abgasmassenstrom und der Ist-Sauerstoffmenge im Katalysator an- hand eines speziell für das Verfahren entwickelten Aufnahmefähigkeitskennfelds ermittelt. Für den Aufnahmekorrekturfaktor M gilt, – wenn der Katalysator voll sauerstoffaufnahmefähig ist: M^≥^1, – wenn der Katalysator teilweise sauerstoffaufnahmefähig ist: 0^<^M^≤^1, – wenn der Katalysator gar nicht sauerstoffaufnahmefähig ist: M^=^0. Der Aufnahmekorrekturfaktor M wird mit dem Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges multipliziert, sodass der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges an die aktuelle Sauer- stoffaufnahmefähigkeit des Katalysators angepasst wird. Es wird dann im Schritt S8 der Sauerstoffbedarfswert mO2 Bedarf ausgegeben bzw. bereitgestellt, bei welchem der ange- passte Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges berücksichtigt ist. Auf diese Weise wer- den sowohl eine Sauerstoffüberladung als auch eine Sauerstoffunterversorgung des Kata- lysators besonders effizient vermieden. In einer weiteren möglichen Ausgestaltung des Verfahrens wird berücksichtigt, ob die Ver- brennungskraftmaschine ganz oder teilweise in einem Schubbetrieb betrieben wird. Hier- zu werden eine Schubbetriebsbrennraumzahl Z und ein brennraumindividueller Schubbe- triebs-Sauerstoffzufuhrwert SZZ ermittelt. Die Schubbetriebsbrennraumzahl Z charakteri- siert eine Anzahl von Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine, welche in einem un- befeuerten (zündungslosen) Schubbetrieb betrieben werden. Der brennraumindividuelle Schubbetriebs-Sauerstoffzufuhrwert SZZ charakterisiert eine Sauerstoffmenge, die dem Katalysator aus genau einem unbefeuerten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Der Schubbetriebs-Sauerstoffzufuhrwert SZZ wird anhand eines Luftmas- senstroms ermittelt, der im Schubbetrieb durch einen unbefeuerten Brennraum geschleust wird. Es wird in dieser Ausgestaltung des Verfahrens weiter ausgewertet, wie die Schub- 22-3450 13 betriebsbrennraumzahl Z und eine Gesamtzahl ZVKM der Brennräume der Verbrennungs- kraftmaschine zueinander im Verhältnis stehen. Wird dabei erfasst, dass die Schubbe- triebsbrennraumzahl Z kleiner als die Gesamtzahl ZVKM der Brennräume ist, wird ein Brennraumkorrekturfaktor ZK berechnet: Es werden dann der Brennraumkorrekturfaktor ZK und der Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist miteinander multipliziert, woraus ein schubbetriebskorrigierter Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist Z korr resultiert: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ⋅ ^^ ^^ Zudem werden der brennraumindividuelle Schubbetriebs-Sauerstoffzufuhrwert SZZ und die Schubbetriebsbrennraumzahl Z miteinander multipliziert, woraus ein Ist-Brennraum- Sauerstoffzufuhrwert SZZ ist resultiert: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ ^^ ⋅ ^^ Hiernach werden im Schritt S5 der schubbetriebskorrigierte Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist Z korr und der Ist-Brennraum-Sauerstoffzufuhrwert SZZ ist zum Gesamt-Ist-Sauerstoff- zufuhrwert SZist ges addiert: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ + ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ Wird dahingegen erfasst, dass die Schubbetriebsbrennraumzahl Z und die Gesamtzahl ZVKM der Brennräume gleich sind, werden der Schubbetriebs-Sauerstoffzufuhrwert SZZ und die Schubbetriebsbrennraumzahl Z miteinander multipliziert, woraus der Gesamt-Ist- Sauerstoffzufuhrwert SZist ges resultiert: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ ^^ ⋅ ^^ Aus einem im Schubbetrieb betriebenen Brennraum erhält der Katalysator mehr Sauer- stoff als aus einem befeuert betriebenen Brennraum. Daher erhöht sich mit steigender 22-3450 14 Schubbetriebsbrennraumzahl Z die Menge an Sauerstoff, die dem Katalysator im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine zugeführt wird. Indem berücksichtigt wird, ob einer oder mehr der Brennräume im Schubbetrieb betrieben wird/werden, wird die Soll-Sauerstoff- menge im Katalysator noch effizienter eingestellt. Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein 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. Die Zeichnung zeigt in: Fig.1 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung eines Verfahrens zum Betreiben einer einen Katalysator aufweisenden Katalysatoreinrichtung für eine Verbren- nungskraftmaschine, wobei Fig.1 die Fig.1a und die Fig.1b aufweist, Fig.2 eine bei dem Verfahren eingesetzte Gewichtungskennlinie und Fig.3 ein das Verfahren charakterisierendes Regelungsmodell, das mittels einer Mo- dellierungssoftware zum Modellieren physikalischer Systeme erzeugt wurde, vorliegend Matlab Simulink, wobei Fig.3 die Fig.3a, 3b, 3c und 3d aufweist. Im Folgenden werden ein Verfahren zum Betreiben einer einen Katalysator aufweisenden Katalysatoreinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, eine zum Ausführen des Ver- fahrens konfigurierte Katalysatoreinrichtung, eine die Katalysatoreinrichtung aufweisende Verbrennungskraftmaschine, ein Steuerungsverfahren zum Steuern der Verbrennungs- kraftmaschine sowie ein die Verbrennungskraftmaschine aufweisendes Kraftfahrzeug in gemeinsamer Beschreibung erläutert. Dabei sind in den Figuren gleiche und funktionsglei- che Elemente mit gleichem Bezugszeichen versehen. Katalysatoreinrichtung, Verbren- nungskraftmaschine, deren Steuerungsverfahren sowie das Kraftfahrzeug sind in den Fi- guren nicht dargestellt. 22-3450 15 Mithilfe des Verfahrens wird ein Sauerstoffbedarfswert mO2 Bedarf bereitgestellt, der eine Sauerstoffzufuhr charakterisiert, die dem Katalysator zuzuführen ist, um besonders effi- zient eine Soll-Sauerstoffmenge im Katalysator einzustellen, um diesen möglichst nah an einem verbrennungsstöchiometrischen Lambdawert zu betreiben. Die Katalysatoreinrich- tung bildet in bestimmungsgemäßer Einbaulage einen Bestandteil der erfindungsgemä- ßen Verbrennungskraftmaschine, an die abgasseitig der Katalysator angeschlossen ist. Die Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eine Motorsteuereinheit der Verbren- nungskraftmaschine, akzeptiert den mittels des Verfahrens ermittelten Sauerstoffbedarfs- wert als Steuersignal, sodass die Verbrennungskraftmaschine mittels des Steuerungsver- fahrens so gesteuert wird, dass sie eine Sauerstoffzufuhr bereitstellt, mittels derer im Ka- talysator die Soll-Sauerstoffmenge eingestellt wird. In einem Schritt S1 des Verfahrens zum Betreiben der Katalysatoreinrichtung wird eine aktive Betriebsart der Verbrennungskraftmaschine erfasst. Vorliegend wird die Verbren- nungskraftmaschine in einer Mischbetriebsart betrieben, was bedeutet, dass im Schritt S1 zwei oder mehr gleichzeitig aktive, aber unterschiedliche Betriebsarten (in Fig.3b mit den Bezugszeichen 1, 2, 3 gekennzeichnet) der Verbrennungskraftmaschine erfasst werden, die sich überschneiden bzw. die einander überlagern. Mit anderen Worten wird die Ver- brennungskraftmaschine im vorliegenden Beispiel teilweise in einer ersten Betriebsart, teilweise in einer zweiten Betriebsart und teilweise in wenigstens einer weiteren Betriebs- art gleichzeitig betrieben. Es wird bei dem Verfahren vorliegend zudem erfasst, welchen prozentualen Betriebsartanteil B1, B2, …, Bn die jeweilige Betriebsart an einem aktuellen Gesamtbetrieb bzw. an der aktuell aktiven Mischbetriebsart der Verbrennungskraftma- schine hat. Dies kann zum Beispiel aus einer Motorsteuereinheit der Verbrennungskraft- maschine ausgelesen werden. Hier im Beispiel ist jedoch vorgesehen, dass der jeweilige prozentuale Betriebsartanteil B1, B2, …, Bn aus einer speziell für das Verfahren zum Be- treiben der Katalysatoreinrichtung entwickelten Betriebsartkennlinie genommen wird. Zu jeder Betriebsart sind jeweils drei betriebsartzugehörige Last-Drehzahl-Kennfelder vorge- geben, nämlich eines für λ^=^1, eines für λ^<^1 und eines für λ^>^1. In Schritt S2 wird ein Lambdawert λ erfasst. Als Lambdawert λ wird zum Beispiel – insbe- sondere wenn bei dem Verfahren ermittelt wird, dass ein Messsignal einer Vorkat-Lamb- dasonde implausibel oder nicht verlässlich ist – ein Soll-Lambdawert genutzt, der zum Beispiel mittels der Motorsteuereinheit der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt wird. 22-3450 16 Wird dahingegen bei dem Verfahren festgestellt, dass das Messsignal der Vorkat-Lamb- dasonde plausibel ist, wird der Lambdawert λ mittels der Vorkat-Lambdasonde gemessen. Mit S3.1 ist ein Schritt des Verfahrens bezeichnet, in welchem basierend auf dem erfass- ten Lambdawert λ anhand einer vorgegebenen Gewichtungskennlinie 7 (siehe Fig.2) ein Kennfeldgewichtungsfaktor K ermittelt wird, für den gilt: 0^≤^K^≥^+1. Der Graph 7a der Ge- wichtungskennlinie 7 ergibt sich vorliegend aus der Gleichung für ^^ < 0,9 für 0,9 ≤ ^^ < 1 für 1 ≤ ^^ ≤ 1,1 für ^^ > 1,1 Fig.2 zeigt weitere mögliche Gewichtungskennlinien 7. Mit 7b ist ein Graph einer Gewich- tungskennlinie 7 bezeichnet, der anstatt aus linearen Kennlinienanteilen aus ungeraden bzw. nichtlinearen Kennlinienanteilen gebildet ist, beispielsweise gemäß einer Parabel- funktion, einer Logarithmusfunktion, einer Exponentialfunktion, einer Kehrwertfunktion etc. Zudem sind Gewichtungskennlinien denkbar, die sowohl wenigstens einen linearen Kenn- linienanteil und wenigstens einen nichtlinearen bzw. ungeraden Kennlinienanteil aufwei- sen. In einem Schritt S3.2 des Verfahrens wird je am Gesamtbetrieb der Verbrennungskraft- maschine beteiligter Betriebsart aus dem der entsprechenden Betriebsart zugeordneten Last-Drehzahl-Kennfeld für λ^=^1 ein jeweiliger erster Sauerstoffzufuhrteilwert sa ermittelt. Sind also am Gesamtbetrieb der Verbrennungskraftmaschine drei Betriebsarten beteiligt, werden folglich aus drei Last-Drehzahl-Kennfeldern für λ^=^1 jeweils ein erster Sauerstoff- zufuhrteilwert sa ermittelt, insgesamt drei erste Sauerstoffzufuhrteilwerte sa. Der jeweilige erste Sauerstoffzufuhrteilwert sa wird im Schritt S3.2 dann mit dem Korrekturfaktor K ver- rechnet, woraus ein erster kennfeldgewichteter Sauerstoffzufuhrteilwert Sa resultiert: ^^ ^^ = ^^ ^^ ⋅ ^^ Wenn der in Schritt S2 erfasste Lambdawert λ größer als 1 ist, wird in einem Schritt S3.3.1 aus dem für die erfasste Betriebsart vorgegebenen Kennfeld für λ^>^1 ein zweiter Sauerstoffzufuhrteilwert sb ermittelt. Ist dahingegen der der in Schritt S2 erfasste Lambda- wert λ kleiner als 1, wird anstelle des Schritts S3.3.1 ein Schritt S3.3.2 ausgeführt, in wel- 22-3450 17 chem der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb aus dem für die erfasste Betriebsart vorgege- benen Kennfeld für λ^<^1 ermittelt wird. In einem Schritt S3.4 wird der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb mit dem Kennfeldgewich- tungsfaktor K multipliziert, woraus ein zweiter kennfeldgewichteter Sauerstoffzufuhrteil- wert Sb resultiert: ^^ ^^ = ^^ ^^ ⋅ (1 − ^^) Wenn der erfasste Lambdawert genau λ^=^1 ist, ist der Kennfeldgewichtungsfaktor K^=^1, wodurch der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb^= 0 ist. In einem solchen Fall wird der erste Sauerstoffzufuhrteilwert sa mit 1 bzw.100^% gewichtet und der zweite Sauerstoffzufuhr- teilwert sb mit 0 bzw.0^%. Für den Fall, dass in Schritt S2 ein Lambdawert λ erfasst wird, der außerhalb der in den Last-Drehzahl-Kennfeldern hinterlegten Lambdawertbereiche liegt, wird bei dem Verfah- ren weiters ein Extrapolationsfaktor E ermittelt. Sofern in Schritt S2 ein solcher, nicht durch die Lambdawertbereiche der Last-Drehzahl-Kennfelder abgedeckter Lambdawert λ erfasst wird, wird ein aus dem entsprechenden Kennfeld ermittelter Sauerstoffzufuhrteil- wert sa, sb, der mit einem nächstliegenden der im Kennfeld hinterlegten Lambdawerte (λ) korrespondiert, mit dem Extrapolationsfaktor multipliziert und so für das weitere Verfahren eingesetzt. Der Einsatz des Extrapolationsfaktors E ist in Fig.3c mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnet. Die kennfeldgewichteten Sauerstoffzufuhrteilwerte Sa, Sb werden in einem Schritt S4 des Verfahrens zu einem Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist addiert. Ein Beispiel für einen solchen Kennfeldgewichtungsvorgang, bei dem der zweite Sauerstoffzufuhrwert sb aus dem Kenn- feld für λ^>^1 stammt, ist in Fig.3a dargestellt. Die bis hierher beschriebenen Schritte des Verfahrens werden für jede der am Gesamtbetrieb beteiligten Betriebsarten gleichzeitig und separat ausgeführt. Es wird dann, beispielsweise im jeweiligen Schritt S4, der zur ent- sprechenden Betriebsart gehörende Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist mit dem zugehörigen der prozentualen Betriebsartanteile B1, B2, …, Bn multipliziert, wodurch betriebsartanteil- gewichtete Ist-Sauerstoffzufuhrwerte SZist B1, SZist B2, …, SZist Bn erzeugt werden, die in ei- nem Schritt S5 in einen Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges eingehen: 22-3450 18 für die erste Betriebsart: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^1 = ^^1 ⋅ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^, für die zweite Betriebsart: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^2 = ^^2 ⋅ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^, für die jede weitere Betriebsart: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ ⋅ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^. Bei der hier beispielhaft beschriebenen Ausgestaltung des Verfahrens wird zudem eine Schubbetriebsbrennraumzahl Z ermittelt, welche eine Anzahl von Brennräumen der Ver- brennungskraftmaschine charakterisiert, die in einem unbefeuerten (zündungslosen) Schubbetrieb betrieben werden. Werden genau vier Brennräume bzw. Zylinder der Ver- brennungskraftmaschine im Schubbetrieb betrieben, beträgt die Schubbetriebsbrenn- raumzahl Z^=^4. Zudem wird vorliegend ein brennraumindividueller Schubbetriebs-Sauer- stoffzufuhrwert SZZ ermittelt, welcher eine Sauerstoffmenge charakterisiert, die dem Kata- lysator aus genau einem unbefeuerten Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuge- führt wird. Der Schubbetriebs-Sauerstoffzufuhrwert SZZ wird vorliegend anhand eines Luftmassenstroms ermittelt, der im Schubbetrieb durch den entsprechenden unbefeuerten Brennraum geschleust wird. Wird bei dem Verfahren hier im Beispiel weiter erfasst, dass die Schubbetriebsbrennraumzahl Z kleiner als die Gesamtzahl ZVKM der Brennräume ist, wird ein Brennraumkorrekturfaktor ZK berechnet: Weist also die hier beispielhaft angeführte Verbrennungskraftmaschine insgesamt sechs Brennräume/Zylinder auf, beträgt der Brennraumkorrekturfaktor ZK = 0,6̅. Es werden dann der Brennraumkorrekturfaktor ZK und der Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist miteinander multi- pliziert, woraus ein schubbetriebskorrigierter Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist Z korr resultiert: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ⋅ ^^ ^^ Der schubbetriebskorrigierte Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist Z korr beträgt im vorliegenden Beispiel zwei Drittel des aus dem vollständig befeuerten Betrieb der Verbrennungskraft- maschine stammenden Ist-Sauerstoffzufuhrwerts SZist. Der brennraumindividuelle Schub- betriebs-Sauerstoffzufuhrwert SZZ und die Schubbetriebsbrennraumzahl Z werden mitei- nander multipliziert, woraus ein Ist-Brennraum-Sauerstoffzufuhrwert SZZ ist resultiert: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ ^^ ⋅ ^^ 22-3450 19 Hiernach werden im Schritt S5 der schubbetriebskorrigierte Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist Z korr und der Ist-Brennraum-Sauerstoffzufuhrwert SZZ ist zum Gesamt-Ist-Sauerstoff- zufuhrwert SZist ges addiert: Wird dahingegen erfasst, dass die Schubbetriebsbrennraumzahl Z und die Gesamtzahl ZVKM der Brennräume gleich sind, werden der Schubbetriebs-Sauerstoffzufuhrwert SZZ und die Schubbetriebsbrennraumzahl Z miteinander multipliziert, woraus in Schritt S5 der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges resultiert: ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ ^^ = ^^ ^^ ^^ ⋅ ^^ Der Anteil des Verfahrens, bei dem die Schubabschaltung in die Ermittlung des Sauer- stoffbedarfswerts mO2 Bedarf eingeht, ist in Fig.3d im Bereich des Bezugszeichens 5 darge- stellt. In einem Schritt S6 wird ein Ist-Sauerstoffmengenwert mO2 ist erfasst, der eine Ist-Sauer- stoffmenge, hier eine Ist-Sauerstoffmasse, charakterisiert, die im Katalysator aktuell ge- speichert ist. Dazu wird der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges zum Beispiel zu ei- nem Sauerstoffmengenausgangswert m0 des Katalysators hinzuaddiert. Vorliegend ist vorgesehen, dass vor einem erstmaligen Ermitteln des Sauerstoffbedarfswerts mO2 Bedarf, insbesondere vor einem erstmaligen Ermitteln des Sauerstoffmengenwerts mO2 ist, mittels einer ausströmseitig nach dem Katalysator im Abgasstrang angeordneten Nachkat-Lamb- dasonde (die auch als Trimmsonde bezeichnet werden kann) ein Lambda-Ausschlag er- fasst wird, der das Vorliegen einer definierten Sauerstoffmenge im Katalysator charakteri- siert. Im Schritt S6 wird dann der Ist-Sauerstoffmengenwert mO2 ist des Katalysators er- fasst, indem der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges und ein die definierte Sauer- stoffmenge charakterisierender Sauerstoffmengenausgangswert m0 addiert werden. In einem Schritt S7 wird basierend auf dem Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges, dem Ist-Sauerstoffmengenwert mO2 ist, und einem Soll-Sauerstoffmengenwert mO2 soll, der die Soll-Sauerstoffmenge, zum Beispiel eine Soll-Sauerstoffmasse, im Katalysator charakteri- siert, bei der der Katalysator mit bestmöglicher Konvertierungsrate arbeitet, der Sauer- 22-3450 20 stoffbedarfswert mO2 Bedarf ermittelt. Dieser charakterisiert eine Sauerstoffzufuhr, die – je nach Vorzeichen des Sauerstoffbedarfswerts mO2 Bedarf – dem Katalysator zuzuführen bzw. aus dem Katalysator abzuführen ist, um die Soll-Sauerstoffmenge im Katalysator einzu- stellen, bei der der Katalysator mit bestmöglicher Konvertierungsrate arbeitet. Es ist im vorliegenden Beispiel zudem vorgesehen, dass basierend auf einer Sauerstoff- aufnahmefähigkeit des Katalysators ein Aufnahmekorrekturfaktor M ermittelt wird. Dabei wird die Sauerstoffaufnahmefähigkeit des Katalysators basierend auf einem Abgasmas- senstrom und der Ist-Sauerstoffmenge im Katalysator anhand eines speziell für das Ver- fahren entwickelten Aufnahmefähigkeitskennfelds ermittelt. Für den Aufnahmekorrek- turfaktor M gilt, – wenn der Katalysator voll sauerstoffaufnahmefähig ist: M^≥^1, – wenn der Katalysator teilweise sauerstoffaufnahmefähig ist: 0^<^M^≤^1, – wenn der Katalysator gar nicht sauerstoffaufnahmefähig ist: M^=^0. Der Aufnahmekorrekturfaktor M wird mit dem Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges multipliziert, sodass der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges gemäß der aktuellen Sauerstoffaufnahmefähigkeit des Katalysators skaliert wird. Im Bereich des Bezugszei- chens 6 in Fig.3c ist eine mögliche regelungstechnische Realisierung für die Ermittlung des Aufnahmekorrekturfaktors M dargestellt. In einem Schritt S8 wird der Sauerstoffbedarfswert mO2 Bedarf bereitgestellt hier einer ande- ren Steuereinheit zugestellt, vorliegend der Motorsteuereinheit der Verbrennungskraftma- schine. Bis hierher sind beispielhaft Schritte des Verfahrens für einen Erfassungszeitschritt be- schrieben, um zum Sauerstoffbedarfswert mO2 Bedarf jenes Erfassungszeitabschnitts zu ge- langen. Die Schritte S1 bis S8 – insbesondere mitsamt einem oder mehr der beschriebe- nen Unter- bzw. Nebenschritte – werden vorliegend wenigstens einmal wiederholt, insbe- sondere solange die Katalysatoreinrichtung in einem aktivierten Betriebszustand betrie- ben wird. Dabei wird im jeweiligen Schritt S5 der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges rekursiv ermittelt, indem die Ist-Sauerstoffzufuhrwerte SZist der Erfassungszeitabschnitte über eine Gesamtdauer der Erfassungszeitabschnitte zum Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhr- wert SZist ges integriert oder aufaddiert werden. Zudem wird im Schritt S6 der Ist-Sauer- stoffmengenwert mO2 ist rekursiv weitergebildet, indem zu einem Ist-Sauerstoffmengenwert mO2 ist eines vorhergehenden Durchgangs der Verfahrensschritte der Gesamt-Ist-Sauer- 22-3450 21 stoffzufuhrwert SZist ges des aktuellen Durchlaufs hinzuaddiert wird. Der Sauerstoffbedarfs- wert mO2 Bedarf wird infolgedessen während der Dauer des Betriebs des Katalysators konti- nuierlich angepasst und bereitgestellt. Sofern Schritte des Verfahrens wiederholt werden, ist insbesondere vorgesehen, dass nur mittels eines einzigen, erstmaligen Ausschlags der Nachkat-Lambdasonde der Sauerstoff- mengenausgangswert m0 erfasst wird. Es kann des Weiteren vorgesehen sein, dass der erstmalige Ausschlag der Nachkat-Lambdasonde als ein Startsignal für das Verfahren eingesetzt wird, wobei das Verfahren so lange nicht ausgeführt wird, bis der Erstaus- schlag der Nachkat-Lambdasonde erfasst wird. Zur Beschreibung eines alternativen Ausführungsbeispiels des Verfahrens wird im Fol- genden lediglich auf Unterschiede zum bis hierher beschriebenen möglichen Ausfüh- rungsbeispiel des Verfahrens eingegangen. Soweit nicht explizit anders angegeben, gilt die Beschreibung des bis hierher beschriebenen möglichen Ausführungsbeispiels für das alternative Ausführungsbeispiel. In Schritt S3.1 wird basierend auf dem erfassten Lamb- dawert λ anhand der vorgegebenen Gewichtungskennlinie 7 ein Kennfeldgewichtungsfak- tor (K) ermittelt, für den gilt: −1^≤^K^≥^+1. Der Graph 7c der Gewichtungskennlinie 7 ergibt sich dann zum Beispiel aus der Gleichung: −1 für ^^ < 0,9 ^^ = { ( ^^ − 1) ⋅ 10 für 0,9 ≤ ^^ ≤ 1,1 1 für ^^ > 1,1 Im Schritt S3.2 wird der ermittelte erste Sauerstoffzufuhrteilwert sa mit einer Differenz mul- tipliziert, deren Minuend 1 ist und deren Subtrahend der Betrag des Kennfeldgewichtungs- faktors K ist, woraus der erster kennfeldgewichtete Sauerstoffzufuhrteilwert Sa resultiert. ^^ ^^ = ^^ ^^ ⋅ (1 − | ^^|) Im Schritt S3.4 wird der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert sb mit dem Betrag des Kennfeld- gewichtungsfaktors K multipliziert, woraus der zweite kennfeldgewichtete Sauerstoffzu- fuhrteilwert Sb resultiert. ^^ ^^ = ^^ ^^ ⋅ | ^^| Die Schritte S1, S2, S3.3, S3.3.1, S3.3.2 und S4–S8 sowie eventuelle Neben- bzw. Unter- schritte werden beim alternativen Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben ausgeführt. Durch das Verfahren zum Betreiben der Katalysatoreinrichtung, durch die Katalysatorein- richtung, durch die Verbrennungskraftmaschine, durch das Steuerungsverfahren sowie durch das Kraftfahrzeug ist eine jeweilige Möglichkeit aufgezeigt, wie eine Effizienz einer Katalysatoreinrichtung verbessert werden kann. Eine Menge eines Abgases, das unbe- handelt oder nur wenig behandelt aus der Katalysatoreinrichtung austritt, ist im Vergleich zum Stand der Technik signifikant reduziert.
Bezugszeichenliste B1, B2, …, Bn Betriebsartanteil E Extrapolationsfaktor K Kennfeldgewichtungsfaktor M Aufnahmekorrekturfaktor m0 Sauerstoffmengenausgangswert mO2 Bedarf Sauerstoffbedarfswert mO2 ist Ist-Sauerstoffmengenwert mO2 soll Soll-Sauerstoffmengenwert Sa erster kennfeldgewichteter Sauerstoffzufuhrteilwert sa erster Sauerstoffzufuhrteilwert (ungewichtet) Sb zweiter kennfeldgewichteter Sauerstoffzufuhrteilwert sb zweiter Sauerstoffzufuhrteilwert (ungewichtet) SZist B1, …, SZist Bn betriebsartgewichteter Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist ges Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist Z korr schubbetriebskorrigierter Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZist Ist-Sauerstoffzufuhrwert SZZ ist Ist-Brennraum-Sauerstoffzufuhrwert SZZ brennraumindividueller Schubbetriebs-Sauerstoffzufuhrwert t0 Lastwechselzeitpunkt Z Schubbetriebsbrennraumzahl ZK Brennraumkorrekturfaktor ZVKM Gesamtzahl der Brennräume der Verbrennungskraftmaschine Δt0–1 Gaslaufzeit Δt1–2 Sondenreaktionszeit λ erfasster Lambdawert 1, 2, 3 Betriebsart 4 Einsatz des Extrapolationsfaktors 5 Ermittlung der Schubabschaltung 6 Ermittlung des Aufnahmekorrekturfaktors 7 Gewichtungskennlinie 7a, 7b, 7c Gewichtungskennliniengraph

Claims

24 Patentansprüche 1. Verfahren zum Betreiben einer einen Katalysator aufweisenden Katalysatoreinrich- tung für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei in einem Erfassungszeitabschnitt S1 eine aktive Betriebsart der Verbrennungskraftmaschine erfasst wird, S2 ein Lambdawert (λ) erfasst wird, und basierend darauf S3.1 ein Kennfeldgewichtungsfaktor (K) ermittelt wird, S3.2 aus einem für die erfasste Betriebsart vorgegebenen Kennfeld für λ^=^1 ein erster Sauerstoffzufuhrteilwert (sa) ermittelt und mit dem Kennfeldge- wichtungsfaktor (K) verrechnet wird, woraus ein erster kennfeldgewich- teter Sauerstoffzufuhrteilwert (Sa) resultiert, S3.3 ein zweiter Sauerstoffzufuhrteilwert (sb) ermittelt wird, und zwar, S3.3.1 wenn der Lambdawert (λ) größer als 1 ist, aus einem für die erfasste Be- triebsart vorgegebenen Kennfeld für λ^>^1, oder, S3.3.2 wenn der Lambdawert (λ) kleiner als 1 ist, aus einem für die erfasste Be- triebsart vorgegebenen Kennfeld für λ^<^1, S3.4 der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert (sb) mit dem Kennfeldgewichtungs- faktor (K) verrechnet wird, woraus ein zweiter kennfeldgewichteter Sau- erstoffzufuhrteilwert (Sb) resultiert, S4 die kennfeldgewichteten Sauerstoffzufuhrteilwerte (Sa, Sb) zu einem eine Ist-Sauerstoffzufuhr des Katalysators charakterisierenden Ist-Sauerstoff- zufuhrwert (SZist) addiert werden, S5 ein den Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist) aufweisenden Gesamt-Ist-Sauer- stoffzufuhrwert (SZist ges) erfasst wird, S6 ein Ist-Sauerstoffmengenwert (mO2 ist) erfasst wird, der eine Ist-Sauer- stoffmenge charakterisiert, die im Katalysator aktuell gespeichert ist, S7 basierend auf dem Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist ges), dem Ist- Sauerstoffmengenwert (mO2 ist) und einem Soll-Sauerstoffmengenwert (mO2 soll), der eine Soll-Sauerstoffmenge im Katalysator charakterisiert, bei der der Katalysator mit bestmöglicher Konvertierungsrate arbeitet, ein Sauerstoffbedarfswert (mO2 Bedarf) ermittelt wird, der eine Sauerstoff- zufuhr charakterisiert, die dem Katalysator zuzuführen ist, um die Soll- Sauerstoffmenge im Katalysator einzustellen, S8 der Sauerstoffbedarfswert (mO2 Bedarf) des Erfassungszeitabschnitts be- reitgestellt wird. 22-3450 25 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – im Schritt S3.1 der Kennfeldgewichtungsfaktor (K) ermittelt wird, der mindes- tens 0 und höchstens +1 beträgt, – im Schritt S3.2 der ermittelte erste Sauerstoffzufuhrteilwert (sa) mit dem Kenn- feldgewichtungsfaktor (K) multipliziert wird, woraus der erster kennfeldgewich- tete Sauerstoffzufuhrteilwert (Sa) resultiert, und – im Schritt S3.4 der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert (sb) mit einer Differenz multi- pliziert wird, deren Minuend 1 ist und deren Subtrahend der Kennfeldgewich- tungsfaktor (K) ist, woraus der zweite kennfeldgewichtete Sauerstoffzufuhrteil- wert (Sb) resultiert. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennfeldgewichtungsfaktor (K) anhand einer vorgegebenen Gewichtungskennli- nie (7) ermittelt wird, wobei wenigstens ein Kennlinienanteil der Gewichtungskennli- nie (7) gemäß folgender Gleichung gebildet ist: für ^^ < 0,9 für 0,9 ≤ ^^ < 1 für 1 ≤ ^^ ≤ 1,1 für ^^ > 1,1 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – im Schritt S3.1 der Kennfeldgewichtungsfaktor (K) ermittelt wird, der mindes- tens −1 und höchstens +1 beträgt, – im Schritt S3.2 der ermittelte erste Sauerstoffzufuhrteilwert (sa) mit einer Diffe- renz multipliziert wird, deren Minuend 1 ist und deren Subtrahend der Betrag des Kennfeldgewichtungsfaktor (K) ist, woraus der erster kennfeldgewichtete Sauerstoffzufuhrteilwert (Sa) resultiert, und – im Schritt S3.4 der zweite Sauerstoffzufuhrteilwert (sb) mit dem Betrag des Kennfeldgewichtungsfaktors (K) multipliziert wird, woraus der zweite kennfeld- gewichtete Sauerstoffzufuhrteilwert (Sb) resultiert. 22-3450 26 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kennfeldgewichtungsfaktor (K) anhand einer vorgegebenen Gewichtungskennli- nie (7) ermittelt wird, wobei wenigstens ein Kennlinienanteil der Gewichtungskennli- nie (7) gemäß folgender Gleichung gebildet ist: −1 für ^^ < 0,9 ^^ = { ( ^^ − 1) ⋅ 10 für 0,9 ≤ ^^ ≤ 1,1 1 für ^^ > 1,1 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte S1–S8 für einen weiteren Erfassungszeitabschnitt wiederholt werden, wobei im jeweiligen Schritt S5 die Ist-Sauerstoffzufuhrwerte (SZist) über eine Ge- samtdauer der Erfassungszeitabschnitte zum Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist ges) integriert werden und im jeweiligen Schritt S6 ein aktueller Ist-Sauerstoff- mengenwert mO2 ist erfasst wird, indem die Ist-Sauerstoffmengenwerte mO2 ist über die Gesamtdauer aufaddiert werden. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem erstmaligen Ermitteln des Sauerstoffbedarfswerts (mO2 Bedarf) mittels einer ausströmseitig nach dem Katalysator im Abgasstrang angeordneten Nachkat-Lamb- dasonde ein Lambda-Ausschlag erfasst wird, der das Vorliegen einer definierten Sauerstoffmenge im Katalysator charakterisiert, und der Ist-Sauerstoffmengenwert (mO2 ist) des Katalysators erfasst wird, indem der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist ges) und ein Sauerstoffmengenausgangswert (m0), der die definierte Sauerstoff- menge charakterisiert, aufaddiert werden.
22-3450 27 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, eine weitere aktive Betriebsart erfasst wird, wobei die Schritte S2–S4 für jede der erfassten aktiven Betriebsarten separat und parallel ausgeführt werden, wobei – erfasst wird, welchen prozentualen Betriebsartanteil (B1, B2, …, Bn) die jeweilige Betriebsart an einem aktuellen Gesamtbetrieb der Verbrennungskraftmaschine hat, – der jeweilige Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist) mit dem zugehörigem der prozen- tualen Betriebsartanteile (B1, B2, …, Bn) multipliziert wird, und – im Schritt S5 der Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist ges) erfasst wird, indem die betriebsartanteilgewichteten Ist-Sauerstoffzufuhrwerte (SZist B1, SZist B2, …, SZist Bn) addiert werden. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, falls in Schritt S2 ein Lambdawert (λ) erfasst wird, der außerhalb der in den Kennfel- dern hinterlegten Lambdawertbereiche liegt, ein Extrapolationsfaktor (E) ermittelt wird, und ein aus dem entsprechenden Kennfeld ermittelter Sauerstoffzufuhrteilwert (sa, sb), der mit einem nächstliegenden der im Kennfeld hinterlegten Lambdawerte (λ) korrespondiert, vor Schritt S5 mit dem Extrapolationsfaktor (E) multipliziert wird. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf einer Sauerstoffaufnahmefähigkeit des Katalysators ein Aufnahme- korrekturfaktor (M) ermittelt wird, der, wenn der Katalysator – voll sauerstoffaufnahmefähig ist, mindestens 1 oder größer ist, – teilweise sauerstoffaufnahmefähig ist, kleiner als 1 und größer als 0 ist, oder – gar nicht sauerstoffaufnahmefähig ist, 0 ist, wobei der Aufnahmekorrekturfaktor (M) mit dem Gesamt-Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist ges) multipliziert wird. 22-3450 28 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schubbetriebsbrennraumzahl (Z) erfasst wird, die eine Anzahl von Brennräu- men der Verbrennungskraftmaschine charakterisiert, welche in einem unbefeuerten Schubbetrieb betrieben werden, sowie anhand eines im Schubbetrieb durch einen unbefeuerten Brennraum geschleusten Luftmassenstroms ein brennraumindividuel- ler Schubbetriebs-Sauerstoffzufuhrwert (SZZ) ermittelt wird, und, – wenn die Schubbetriebsbrennraumzahl (Z) kleiner als eine Gesamtzahl (ZVKM) der Brennräume der Verbrennungskraftmaschine ist, ‒ ein Brennraumkorrekturfaktor (ZK) berechnet wird, der ein Verhältnis der Schubbetriebsbrennraumzahl (Z) zur Gesamtzahl (ZVKM) der Brennräume angibt, ‒ der Brennraumkorrekturfaktor (ZK) und der Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist) multipliziert werden, woraus ein schubbetriebskorrigierter Ist-Sauerstoffzu- fuhrwert (SZist Z korr) resultiert, ‒ der Schubbetriebs-Sauerstoffzufuhrwert (SZZ) und die Schubbetriebs- brennraumzahl (Z) multipliziert werden, woraus ein Ist-Brennraum-Sauer- stoffzufuhrwert (SZZ ist) resultiert, ‒ der schubbetriebskorrigierte Ist-Sauerstoffzufuhrwert (SZist Z korr) und der Ist-Brennraum-Sauerstoffzufuhrwert (SZZ ist) zum Gesamt-Ist-Sauerstoffzu- fuhrwert (SZist ges) addiert werden, oder – wenn die Schubbetriebsbrennraumzahl (Z) und die Gesamtzahl (ZVKM) der Brennräume gleich sind, der Schubbetriebs-Sauerstoffzufuhrwert (SZZ) und die Schubbetriebsbrennraumzahl (Z) multipliziert werden, woraus der Gesamt-Ist- Sauerstoffzufuhrwert (SZist ges) resultiert. 12. Katalysatoreinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, wobei die Katalysato- reinrichtung dazu konfiguriert ist, das nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebil- dete Verfahren durchzuführen. 22-3450 29 13. Verbrennungskraftmaschine, an die abgasseitig der Katalysator einer nach An- spruch 12 ausgeführten Katalysatoreinrichtung angeschlossen ist, wobei die Ver- brennungskraftmaschine den mittels des nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausge- bildeten Verfahrens ermittelten Sauerstoffbedarfswert als Steuersignal akzeptiert, und infolgedessen derart steuerbar ist, dass sie eine Sauerstoffzufuhr bereitstellt, mittels derer im Katalysator die Soll-Sauerstoffmenge eingestellt wird. 14. Steuerungsverfahren zum Steuern einer nach Anspruch 13 ausgeführten Verbren- nungskraftmaschine, wobei sie so gesteuert wird, dass sie eine Sauerstoffzufuhr be- reitstellt, mittels derer im Katalysator die Soll-Sauerstoffmenge eingestellt wird. 15. Kraftfahrzeug mit einer nach Anspruch 14 ausgeführten Verbrennungskraftma- schine.
EP24704768.1A 2023-03-06 2024-02-09 Verfahren zum betreiben einer katalysatoreinrichtung, katalysatoreinrichtung, verbrennungskraftmaschine, steuerungsverfahren zum steuern der verbrennungskraftmaschine und kraftfahrzeug Pending EP4677209A1 (de)

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