EP4726193A1

EP4726193A1 - Verfahren zum betreiben einer antriebseinrichtung für ein kraftfahrzeug, entsprechende antriebseinrichtung sowie computerprogrammprodukt

Info

Publication number: EP4726193A1
Application number: EP25206485.2A
Authority: EP
Inventors: Bodo Odendall
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2024-10-11
Filing date: 2025-10-02
Publication date: 2026-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) angeordnete Lambdasonde (3) verfügt. Dabei ist vorgesehen, dass Verbrennungsluftverhältnisse für an mehreren stromabwärts der Lambdasonde (3) gelegenen Stellen vorliegendes Abgas aus einem Messwert der Lambdasonde (3) mittels jeweils ein lineares zeitinvariantes Übertragungsglied (18, 19, 20) aufweisenden Signalfiltern (15, 16, 17) ermittelt werden, wobei die Signalfilter (15, 16, 17) parallel zueinander vorliegen, sodass ihnen jeweils eine aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße zugeführt wird, oder seriell zueinander vorliegen, sodass einem der Signalfilter (15, 16, 17) die aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße und wenigstens einem nachfolgenden der Signalfilter (15, 16, 17) eine Ausgangsgröße eines jeweils vorhergehenden der Signalfilter (15, 16, 17) als Eingangsgröße zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogrammprodukt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde verfügt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Computerprogrammprodukt.
Aus dem Stand der Technik ist zum Beispiel die Druckschrift DE 41 12 477 C2 bekannt. Diese beschreibt ein Verfahren zum Simulieren des zeitlichen Verhaltens des Lambdawerts am Auslass eines Abgaskatalysators in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor mit folgenden Schritten: Messen des vom Motor angesaugten Luftmassenstroms; Berechnen des vom Motor angesaugten Sauerstoffstroms; Bestimmen der Abweichung des Lambdawerts vor dem Katalysator vom Lambdawert Eins, die im Fall eines mageren Gemischs positiv und im Fall eines fetten Gemischs negativ ist; und Berechnen des aus dem Motor in den Katalysator strömenden Sauerstoffpartialstroms, der im Fall positiver Werte der Abweichung ein Sauerstoffzufuhrstrom und im Falle negativer Werte ein Sauerstoffentnahmestrom ist, jeweils bezogen auf die Wirkung am Katalysator.
Weiterhin sind die folgenden Schritte vorgesehen: Vorgeben des Sauerstoffspeichervolumens des Katalysators als Sauerstoffmenge, die der Katalysator bei kontinuierlichem Sauerstoffzufuhrstrom ausgehend vom sauerstofffreien Zustand bis zu einer Überlaufschwelle annehmen kann, bei der das an seinem Ausgang ausströmende Gas eine Sauerstoffkonzentration über einer vorgegebenen Schwelle aufweist; und Berechnen des zeitlichen Verhaltens des Lambdawerts am Auslass des Katalysators dadurch, dass dieser auf Eins gesetzt wird, solange sich der Sauerstoffspeicher in einem Füllungszustand unterhalb der Überlaufschwelle oder einem Entleerungszustand oberhalb einer Verarmungsschwelle befindet, wobei die Verarmungsschwelle einer vorgegebenen niederen Sauerstoffkonzentration am Ausgang des Katalysators entspricht; dagegen zumindest zeitweilig auf den Lambdawert am Eingang des Katalysators gesetzt wird, wenn die Überlaufschwelle überschritten oder die Verarmungsschwelle unterschritten wird.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere eine zuverlässige Ermittlung der Verbrennungsluftverhältnisse ermöglicht, bevorzugt zum Modellieren der Abgasnachbehandlungseinrichtung mithilfe eines Abgasnachbehandlungsmodells.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass Verbrennungsluftverhältnisse für an mehreren stromabwärts der Lambdasonde gelegenen Stellen vorliegendes Abgas aus einem Messwert der Lambdasonde mittels jeweils ein lineares zeitinvariantes Übertragungsglied aufweisenden Signalfiltern ermittelt werden, wobei die Signalfilter parallel zueinander vorliegen, sodass ihnen jeweils eine aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße zugeführt wird, oder seriell zueinander vorliegen, sodass einem der Signalfilter die aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße und wenigstens einem nachfolgenden der Signalfilter eine Ausgangsgröße eines jeweils vorhergehenden der Signalfilter als Eingangsgröße zugeführt wird.
Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Es wird darauf hingewiesen, dass die in der Beschreibung erläuterten Ausführungsbeispiele nicht beschränkend sind; vielmehr sind beliebige Variationen der in der Beschreibung, den Ansprüchen sowie den Figuren offenbarten Merkmale realisierbar.
Das Verfahren ist zum Betreiben der Antriebseinrichtung vorgesehen. Es wird vorzugsweise mittels eines Steuergeräts der Antriebseinrichtung umgesetzt. Die Antriebseinrichtung beziehungsweise ihr Steuergerät sind bevorzugt Bestandteil des Kraftfahrzeugs, können jedoch selbstverständlich auch separat von diesem vorliegen, insbesondere bis zu einer Montage der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Steuergeräts an oder in dem Kraftfahrzeug. Die Antriebseinrichtung dient einem Antreiben des Kraftfahrzeugs, insoweit also einem Bereitstellen eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Antriebsdrehmoments. Zum Bereitstellen des Antriebsdrehmoments weist die Antriebseinrichtung das Antriebsaggregat auf. Das Antriebsaggregat liegt vorzugsweise als Brennkraftmaschine vor, insbesondere als Otto-Brennkraftmaschine oder als Diesel-Brennkraftmaschine.
Dem Antriebsaggregat werden während eines Betriebs der Antriebseinrichtung zumindest zeitweise Kraftstoff und Frischgas zugeführt, wobei das Frischgas zumindest zeitweise Frischluft enthält. Zusätzlich kann das Frischgas Abgas aufweisen, sofern eine Abgasrückführung realisiert ist, bei welcher das von dem Antriebsaggregat erzeugte Abgas zumindest teilweise wieder in das Antriebsaggregat zurückgeführt wird, nämlich als Bestandteil des Frischgases. Der Kraftstoff und das Frischgas, die dem Antriebsaggregat zugeführt werden, bilden ein Kraftstoff-Frischgas-Gemisch mit einer bestimmten Zusammensetzung, das in dem Antriebsaggregat zur Reaktion gebracht wird.
Während des Betriebs des Antriebsaggregats fällt aufgrund der chemischen Reaktion von Kraftstoff und Frischgas miteinander Abgas an, welches in Richtung einer Außenumgebung der Antriebseinrichtung beziehungsweise des Kraftfahrzeugs abgeführt wird. Da in dem von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgas Schadstoffe enthalten sind, wird das Abgas vor dem Entlassen in die Außenumgebung zunächst der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt. In der Abgasnachbehandlungseinrichtung werden die Schadstoffe zumindest teilweise in ungefährlichere Produkte umgesetzt. Erst nach dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird das Abgas in die Außenumgebung abgeführt, insbesondere durch ein Endrohr der Antriebseinrichtung.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist vorzugsweise als Fahrzeugkatalysator ausgestaltet, insbesondere als Drei-Wege-Katalysator, Oxidationskatalysator, NO_x-Speicherkatalysator oder SCR-Katalysator. Der Fahrzeugkatalysator weist beispielsweise eine auf ein Trägersubstrat aufgebrachte katalytische Beschichtung auf. Die katalytische Beschichtung kann auch als Washcoat bezeichnet werden. Das Trägersubstrat ist vorzugsweise ein Keramiksubstrat, beispielsweise aus Cordierit. Das Trägersubstrat ist vorzugsweise als Wabenkörper ausgestaltet, der eine Vielzahl dünnwandiger Kanäle aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass der Fahrzeugkatalysator in einen Partikelfilter integriert ist, insbesondere in einen Otto-Partikelfilter oder einen Diesel-Partikelfilter. Hierzu ist zum Beispiel der Partikelfilter mit der katalytischen Beschichtung versehen.
Die Bestandteile des von dem Antriebsaggregat erzeugten Abgases werden auch als Rohemissionen bezeichnet. Die Rohemissionen beschreiben insoweit die Zusammensetzung des Abgases stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Die in dem Abgas enthaltenen Stoffe werden bei dem Durchlaufen der Abgasnachbehandlungseinrichtung durch das Abgas teilweise umgewandelt, sodass sich die Zusammensetzung des Abgases ändert. Die stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgas vorliegenden Stoffe, aus welchen sich das Abgas zusammensetzt, werden auch als Endrohremissionen bezeichnet, da das Abgas mit dieser Zusammensetzung durch das Endrohr der Antriebseinrichtung in die Außenumgebung entlassen wird.
Die Menge der in den Endrohremissionen enthaltenen Schadstoffe hängt von den Rohemissionen ab, zusätzlich jedoch auch von einer Umwandlungsrate beziehungsweise einer Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise des Fahrzeugkatalysators. Die Umwandlungsrate und damit die Konvertierungsleistung des Fahrzeugkatalysators, mit welcher die Schadstoffe in die ungefährlicheren Produkte umgesetzt werden, hängen insbesondere von der Zusammensetzung des der Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise des dem Fahrzeugkatalysator zugeführten Abgases sowie der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ab.
Die Konvertierungsleistung ist folglich temperaturabhängig. Insbesondere ist die Konvertierungsleistung umso niedriger, je weiter eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung von einer Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung abweicht, je größer also ein Absolutwert der Differenz zwischen den Temperaturen ist. Unter der Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung ist beispielsweise eine Temperatur des Trägersubstrat, insbesondere des keramischen Wabenkörpers, zu verstehen, welcher mit der katalytischen Beschichtung versehen ist.
Zum Betreiben der Antriebseinrichtung dient unter anderem das Verbrennungsluftverhältnis, welches mithilfe der Lambdasonde ermittelt wird. Die Lambdasonde ist stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet, das an der Lambdasonde vorbeiströmende beziehungsweise die Lambdasonde überströmende Abgas durchströmt also nachfolgend die Abgasnachbehandlungseinrichtung. Mithilfe der Lambdasonde wird das Verbrennungsluftverhältnis stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt.
Um die Zusammensetzung des Abgases stromabwärts der Lambdasonde, insbesondere stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung, mit hoher Genauigkeit zu bestimmen, bevorzugt unter Verwendung des Abgasnachbehandlungsmodells, ist es jedoch notwendig, das Verbrennungsluftverhältnis nicht nur an der Lambdasonde, sondern auch stromabwärts der Lambdasonde zu ermitteln, insbesondere in der Abgasnachbehandlungseinrichtung oder stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung, vorzugsweise unmittelbar stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Dies ist bislang nicht oder allenfalls mit einem großen Aufwand umsetzbar. Die Anmelderin hat jedoch überraschenderweise festgestellt, dass sich das Verbrennungsluftverhältnis stromabwärts der Lambdasonde mithilfe der Signalfilter mit hinreichend hoher Genauigkeit ermitteln lässt. Die Signalfilter verfügen jeweils über zumindest ein lineares zeitinvariantes Übertragungsglied. Selbstverständlich können die Signalfilter auch mehrere solcher Übertragungsglieder aufweisen. Der Signalfilter beziehungsweise das Übertragungsglied ist von einem oder mehreren Filterkoeffizienten charakterisiert. Liegen mehrere Übertragungsglieder vor, so können diese den gleichen Filterkoeffizienten oder aber unterschiedliche Filterkoeffizienten verwenden.
Sofern im Rahmen dieser Beschreibung von dem Übertragungsglied oder dem zumindest einen Übertragungsglied die Rede ist, so sind die Ausführungen stets äquivalent. Erläuterungen zu dem Übertragungsglied sind also auf das zumindest eine Übertragungsglied und Ausführungen zu dem zumindest einen Übertragungsglied auf das Übertragungsglied anwendbar. Im Falle der mehreren Übertragungsglieder sind die Erläuterungen zu dem Übertragungsglied beziehungsweise dem zumindest einen Übertragungsglied auf jedes der mehreren Übertragungsgliedern anwendbar.
Insbesondere bei der Verwendung des Abgasnachbehandlungsmodells ist es nicht hinreichend, das Verbrennungsluftverhältnis lediglich an einer Stelle zu ermitteln. Aus diesem Grund ist es gemäß der Erfindung vorgesehen, für mehrere stromabwärts der Lambdasonde gelegene Stellen jeweils ein solches Verbrennungsluftverhältnis zu ermitteln, sodass letztlich mehrere Verbrennungsluftverhältnisse vorliegen, insbesondere als Eingangsgrößen für das Abgasnachbehandlungsmodell. Für jedes der Verbrennungsluftverhältnisse ist ein separater Signalfilter vorgesehen, sodass letztlich die Anzahl der Signalfilter der Anzahl der zu ermittelnden Verbrennungsluftverhältnisse entspricht. Anders ausgedrückt liegt für jedes der Verbrennungsluftverhältnisse ein separater Signalfilter vor und mithilfe jedes der Signalfilter wird eines der Verbrennungsluftverhältnisse ermittelt.
Die Stellen, für welche die Verbrennungsluftverhältnis ermittelt werden, sind vorzugsweise räumlich voneinander beabstandet, insbesondere sind sie äquidistant zueinander angeordnet, weisen also identische Abstände zueinander auf. Anders ausgedrückt folgen die Stellen mit gleichbleibenden Abständen in Strömungsrichtung des Abgases aufeinander. Bevorzugt liegen die Stellen jeweils in der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere entsprechen sie Eintrittsstellen des Abgases in einzelne Abschnitte der Abgasnachbehandlungseinrichtung, die mittels der Abgasnachbehandlungsmodells berechnet werden.
Die Signalfilter können unterschiedlich miteinander verschaltet sein. In einer ersten Variante des Verfahrens werden parallele Signalfilter verwendet. In diesem Fall wird jedem der parallelen Signalfilter jeweils die Eingangsgröße zugeführt, nämlich die aus dem Messwert ermittelte Größe. Die Größe kann auf beliebige Art und Weise aus dem Messwert ermittelt werden; es kann auch vorgesehen sein, dass die Größe dem Messwert unmittelbar entspricht, die Größe also dem Messwert gleichgesetzt ist. Beispielsweise liegt der Messwert der Lambdasonde als elektrische Spannung vor. In diesem Fall kann die elektrische Spannung als Größe verwendet werden.
Alternativ ist es vorgesehen, die Spannung in ein Verbrennungsluftverhältnis, also einen Lambdawert, umzusetzen. Anschließend wird das Verbrennungsluftverhältnis jedem der Signalfilter zugeführt. Letztlich bedeutet die parallele Anordnung der Signalfilter, dass jeder der Signalfilter dieselbe Eingangsgröße erhält. Filterkoeffizienten der Signalfilter werden derart gewählt, dass sich die Verbrennungsluftverhältnisse für die mehreren Stellen ergeben, insbesondere werden die Filterkoeffizienten voneinander verschieden gewählt. Mit einer solchen Vorgehensweise ist eine präzise Aussage über die Verbrennungsluftverhältnisse möglich.
In einer zweiten Variante ist es alternativ vorgesehen, dass die Signalfilter seriell zueinander vorliegen, also miteinander in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall wird einem ersten der Signalfilter die aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße zugeführt. Für jeden der auf den ersten Signalfilter folgenden Signalfilter ergibt sich die Eingangsgröße aus der Ausgangsgröße des jeweils vorhergehenden Signalfilters. Werden die Verbrennungsluftverhältnisse also unter Verwendung von beispielsweise drei Signalfiltern ermittelt, so wird einem ersten der Signalfilter die aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße zugeführt, worauf der erste Signalfilter eine Ausgangsgröße bereitstellt.
Die Ausgangsgröße des ersten Signalfilters wird einem zweiten der Signalfilter als Eingangsgröße zugeführt, woraus sich wiederum eine Ausgangsgröße des zweiten Signalfilters ergibt. Die Ausgangsgröße des zweiten Signalfilters wird einem dritten der Signalfilter als Eingangsgröße zugeführt und eine Ausgangsgröße des dritten Signalfilters wird als Eingangsgröße für einen vierten der Signalfilters herangezogen, welche wiederum selbst eine Ausgangsgröße liefert. Aus den Ausgangsgrößen der Signalfilter werden die Verbrennungsluftverhältnisse für die mehreren Stellen ermittelt; beispielsweise entsprechen die Verbrennungsluftverhältnisse den Ausgangsgrößen oder sie werden anhand einer mathematischen Beziehung, einem Kennfeld oder einer Tabelle aus ihnen ermittelt.
Bei der parallelen Anordnung der Signalfilter hängen die Verbrennungsluftverhältnisse jeweils unmittelbar und ausschließlich von dem Messwert der Lambdasonde ab. Für die seriell angeordneten Signalfilter werden die Verbrennungsluftverhältnisse zumindest teilweise unter Verwendung der Ausgangsgrößen ermittelt, sodass wenigstens eines der Verbrennungsluftverhältnisse von einem anderen der Verbrennungsluftverhältnisse unmittelbar abhängt. Das unmittelbar von einem der Verbrennungsluftverhältnisse abhängige Verbrennungsluftverhältnis hängt insoweit lediglich mittelbar von dem Messwert beziehungsweise der aus ihr ermittelten Größe ab. In jedem Fall wird mithilfe der beschriebenen Vorgehensweise eine hohe Genauigkeit der Verbrennungsluftverhältnisse erzielt, sodass ein zuverlässiger Betrieb der Antriebseinrichtung, insbesondere eine zuverlässige Umsetzung des Abgasnachbehandlungsmodells, umgesetzt ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass eine Austrittskonzentration wenigstens einer Abgaskomponente des Abgases stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung mittels eines Abgasnachbehandlungsmodells ermittelt wird, das mehrere Abgasnachbehandlungsteilmodelle zum Modellieren unterschiedlicher Abschnitte der Abgasnachbehandlungseinrichtung umfasst, wobei den Abgasnachbehandlungsteilmodellen als Eingangsgrößen für mehrere Eintrittsstellen ermittelte Eintrittskonzentrationen sowie für die Eintrittsstellen ermittelte Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse zugeführt werden, wobei die Verbrennungsluftverhältnisse als Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse verwendet werden.
Um die Schadstoffemission der Antriebseinrichtung zu ermitteln, also die die Außenumgebung abgeführte Menge der wenigstens einen Abgaskomponente, wird das Abgasnachbehandlungsmodell herangezogen. Das Abgasnachbehandlungsmodell modelliert die Konvertierung der wenigstens einen Abgaskomponente mithilfe der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Das Abgasnachbehandlungsmodell enthält mehrere Abgasnachbehandlungsteilmodelle, die unterschiedliche Abschnitte der Abgasnachbehandlungseinrichtung modellieren.
Das bedeutet, dass nicht die Abgasnachbehandlungseinrichtung insgesamt betrachtet wird, sondern die Abgasnachbehandlungseinrichtung in mehrere Abschnitte unterteilt wird. Die Abschnitte erstrecken sich bevorzugt von einem Anfang bis hin zu einem Ende der Abgasnachbehandlungseinrichtung und grenzen besonders bevorzugt unmittelbar aneinander an. Beispielsweise ist die Abgasnachbehandlungseinrichtung in wenigstens zwei, wenigstens drei oder - bevorzugt - wenigstens vier Abschnitte aufgeteilt. Für jeden dieser Abschnitte liegt jeweils ein Abgasnachbehandlungsteilmodell vor, wobei die Abgasnachbehandlungsteilmodelle der mehreren Abschnitte insgesamt das Abgasnachbehandlungsmodell bilden.
Jedes der Abgasnachbehandlungsteilmodelle weist als Eingangsgrößen jeweils eine der Eintrittskonzentrationen und eines der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse auf. Die Eintrittskonzentration und das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis für jeden Abschnitt werden für eine jeweilige Eintrittsstelle dieses Abschnitts ermittelt. Mithilfe des jeweiligen Abgasnachbehandlungsteilmodells werden aus der jeweiligen Eintrittskonzentration und dem jeweiligen Eintrittsverbrennungsluftverhältnis eine jeweilige Austrittskonzentration für eine Austrittsstelle des jeweiligen Abschnitts ermittelt. Vorzugsweise wird die Austrittskonzentration eines strömungstechnisch vorhergehenden Abschnitts als Eintrittskonzentration eines strömungstechnisch unmittelbar auf diesen Abschnitt folgenden Abschnitts verwendet.
Das Abgasnachbehandlungsmodell beruht insoweit auf einer schrittweisen Berechnung der Austrittskonzentration der wenigstens einen Abgaskomponente über die Abgasnachbehandlungseinrichtung hinweg. Die anhand der Signalfilter ermittelten Verbrennungsluftverhältnisse werden hierbei als die Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse herangezogen. Jedem der Abgasnachbehandlungsteilmodelle wird also eines der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse als Eingangsgröße zugeführt. Anders ausgedrückt wird jedes der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse einem der Abgasnachbehandlungsteilmodelle als Eingangsgröße zugeführt. Einem der Abgasnachbehandlungsteilmodelle kann auch der Messwert der Lambdasonde beziehungsweise die aus ihm ermittelte Größe als Eingangsgröße zugeführt werden.
Die Eintrittsstellen beschreiben die in dem Abgas vorliegenden Verhältnisse der Abschnitte jeweils eingangsseitig des entsprechenden Abschnitts. Unter der Eintrittsstelle ist insbesondere diejenige Stelle zu verstehen, an welcher das Abgas in die Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise den jeweiligen Abschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung eintritt. Genauer gesagt bezeichnet die Eintrittsstelle diejenige Stelle, an welcher das Abgas in einen der mehreren Abschnitte der Abgasnachbehandlungseinrichtung eintritt. Anhand der Eintrittskonzentration berechnet das jeweilige Abgasnachbehandlungsteilmodell eine Austrittskonzentration der wenigstens einen Abgaskomponente, welche an einer Austrittsstelle des jeweiligen Abschnitts vorliegt. Analog zu der Eintrittsstelle bezeichnet die Austrittsstelle diejenige Stelle, an welcher das Abgas aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung oder dem Abschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung austritt.
Die Eintrittskonzentration für den am weitesten stromaufwärts liegenden Abschnitts der Abgasnachbehandlungseinrichtung kann grundsätzlich auf beliebige Art und Weise ermittelt werden, beispielsweise wird sie in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt des Antriebsaggregats bestimmt, wobei der Betriebspunkt beispielsweise durch das momentan von dem Antriebsaggregat bereitgestellte Antriebsdrehmoment und/oder eine momentane Drehzahl des Antriebsaggregats gekennzeichnet ist. Ist die Eintrittsstelle diejenige Stelle, an welcher das Abgas in die Abgasnachbehandlungseinrichtung eintritt, so ist die an der Eintrittsstelle vorliegende Eintrittskonzentration beispielsweise gleich einer Rohemission des Antriebsaggregats, also gleich der von dem Antriebsaggregat erzeugten beziehungsweise ausgestoßenen Menge der wenigstens einen Abgaskomponente. Liegt die Eintrittsstelle stromabwärts dieser Stelle vor, so wird die an der Eintrittsstelle vorliegende Eintrittskonzentration mithilfe des Abgasnachbehandlungsmodells beziehungsweise einem der Abgasnachbehandlungsteilmodelle bestimmt. Insbesondere entspricht in diesem Fall die Eintrittskonzentration für einen der Abschnitte der Austrittskonzentration für einen dem Abschnitt strömungstechnisch vorhergehenden Abschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Als zusätzliche Eingangsgröße wird dem Abgasnachbehandlungsmodell beziehungsweise dem Abgasnachbehandlungsteilmodell für den am weitesten stromaufwärts liegenden Abschnitt der Abgasnachbehandlungseinrichtung das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis zugeführt, welches analog zu der Eintrittskonzentration für die Eintrittsstelle ermittelt wird. Es könnte beispielsweise vorgesehen sein, dass Eintrittsverbrennungsluftverhältnis gleich einem Verbrennungsluftverhältnis zu setzen, welches aus dem Messwert der Lambdasonde stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt wird. Der Messwert beschreibt insoweit das stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung in dem Abgas vorliegende Verbrennungsluftverhältnis beziehungsweise eine Menge des dort in dem Abgas vorliegenden Restsauerstoffs. Die Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse für die weiter stromabwärts liegenden Abschnitte werden ebenfalls jeweils aus dem Messwert der Lambdasonde ermittelt, nämlich unter Verwendung des jeweiligen Signalfilters. Für jeden der Abschnitte liegt entsprechend ein separater Signalfilter vor vor. Mit der beschriebenen Vorgehensweise wird eine besonders hohe Genauigkeit erreicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für die parallel zueinander vorliegenden Signalfilter unterschiedliche Filterkoeffizienten verwendet werden, und/oder dass für die seriell zueinander vorliegenden Signalfilter die gleichen Filterkoeffizienten verwendet werden. Für die erste Variante des Verfahrens mit den parallelen Signalfiltern werden die Filterkoeffizienten so gewählt, dass sie die Veränderung der Zusammensetzung des Abgases, insbesondere aufgrund der Abgasnachbehandlungseinrichtung, ab der Lambdasonde bis hin zu der jeweiligen stromabwärts der Lambdasonde gelegenen Stellen beschreibt.
Hieraus ergibt sich, dass die Filterkoeffizienten der Signalfilter durchgehend voneinander verschieden sein müssen. Für die zweite Variante, welche die parallelen Signalfilter verwendet, werden hingegen bevorzugt identische Filterkoeffizienten herangezogen. Dies ist insbesondere dann der Fall, falls die stromabwärts der Lambdasonde gelegenen Stellen identische Abstände voneinander aufweisen. Anderenfalls können auch hier verschiedene Filterkoeffizienten verwendet werden. In jedem Fall wird mit der beschriebenen Vorgehensweise eine hohe Genauigkeit erreicht.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Signalfilter jeweils lediglich ein Übertragungsglied aufweisen, oder dass jeder der Signalfilter zusätzlich zu dem jeweiligen Übertragungsglied ein weiteres Übertragungsglied aufweist, das mit dem Übertragungsglied in Reihe geschaltet ist. In ersterem Fall verfügt jeder der Signalfilter nur über ein einziges Übertragungsglied, sodass die Anzahl der Übertragungsglieder der Anzahl der Signalfilter und umgekehrt entspricht. Alternativ kann es vorgesehen sein, dass die Signalfilter jeweils das weitere Übertragungsglied aufweisen, nämlich zusätzlich zu dem jeweils ohnehin vorhandenen Übertragungsglied. Das Übertragungsglied und das weitere Übertragungsglied sind seriell angeordnet, also miteinander in Reihe geschaltet.
Grundsätzlich kann eine beliebige Anzahl an weiteren Übertragungsgliedern vorliegen, die Signalfilter können also auch jeweils über zwei weitere Übertragungsglieder oder mehr und damit insgesamt über mindestens drei Übertragungsglieder verfügen. Im Falle der seriellen Anordnung der Übertragungsglieder wird einem ersten der Übertragungsglieder an einem Eingang ein Eingangssignal zugeführt, worauf das erste Übertragungsglieder an einem Ausgang ein Ausgangssignal bereitstellt. Dieses Ausgangssignal wird für ein zweites der Übertragungsglieder als Eingangssignal verwendet. Dies kann für eine beliebige Anzahl an Übertragungsgliedern wiederholt werden. Als Eingangssignal für das erste Übertragungsglied wird ein Eingangssignal des Signalfilters herangezogen. Ein Ausgangssignal des letzten, beispielsweise des zweiten, Übertragungsglieds wird als Ausgangssignal des Signalfilters verwendet.
Vorzugsweise sind die Übertragungsgliedern alle von demselben Typ, vorzugsweise liegen die mehreren Übertragungsgliedern als PT1-Glieder vor. In diesem Fall weisen die Signalfilter jeweils ausschließlich PT1-Glieder auf. Der Signalfilter ist insoweit ein Signalfilter n-ter Ordnung, insbesondere ein Signalfilter von mindestens zweiter Ordnung. Auch dies dient dem Erzielen einer besonders hohen Genauigkeit bei dem Ermitteln des Verbrennungsluftverhältnisses und damit auch der Austrittskonzentration der wenigstens einen Abgaskomponente. Im Falle der Reihenschaltung der Signalfilter ergeben sich effektiv Signalfilter höherer Ordnung. So resultiert aus einer Reihenschaltung zweier Signalfilter zweiter Ordnung ein Signalfilter vierter Ordnung. Entsprechend ist das Ausgangssignal eines ersten dieser Signalfilter mittels eines Signalfilters n-ter Ordnung gefiltert und das Ausgangssignal eines zweiten dieser Signalfilter mittels eines Signalfilters 2n-ter Ordnung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Filterkoeffizienten in Abhängigkeit von einer der nachfolgend genannten Größen bestimmt werden: Temperatur, Abgasdurchsatz und Sauerstoffspeicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung. Bevorzugt wird zumindest die Temperatur zum Ermitteln der Filterkoeffizienten herangezogen, der Abgasdurchsatz und und/oder die Sauerstoffspeicherkapazität lediglich optional. Das bedeutet, dass die Filterkoeffizienten jeweils als Funktion der Temperatur vorliegen. Insbesondere sind die Filterkoeffizienten jeweils proportional zu der Temperatur. Unter der Temperatur ist beispielsweise eine Temperatur des Abgases oder eine Temperatur der Abgasnachbehandlungseinrichtung, insbesondere eine Temperatur des Trägersubstrats, zu verstehen. Die Temperatur wird beispielsweise unter Verwendung eines Temperaturmodells für die Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise mittels des Abgasnachbehandlungsmodells bestimmt. Alternativ kann die Temperatur auch gemessen werden.
Zusätzlich werden die Filterkoeffizienten bevorzugt in Abhängigkeit von dem Abgasdurchsatz und/oder der Sauerstoffspeicherkapazität bestimmt. Vorzugsweise sind die Filterkoeffizienten umgekehrt proportional zu dem Abgasdurchsatz und/oder umgekehrt optional zu der Sauerstoffspeicherkapazität. Besonders bevorzugt finden sowohl die Temperatur als auch der Abgasdurchsatz und die Sauerstoffspeicherkapazität Eingang in die Filterkoeffizienten. Hierzu ist es beispielsweise vorgesehen, aus jeder der genannten Größen einen Teilkoeffizienten zu ermitteln und die Teilkoeffizienten durch Multiplikation zu dem Filterkoeffizienten zusammenzufassen. Es wird also ein erster Teilkoeffizient in Abhängigkeit von der Temperatur, ein zweiter Teilkoeffizient in Abhängigkeit von dem Abgasdurchsatz und ein dritter Teilkoeffizient in Abhängigkeit von der Sauerstoffspeicherkapazität bestimmt und der Filterkoeffizient ergibt sich nachfolgend durch Multiplikation des ersten Teilkoeffizienten mit dem zweiten Teilkoeffizienten und dem dritten Teilkoeffizienten. Hierdurch wird die Genauigkeit weiter verbessert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Übertragungsglied und/oder als weiteres Übertragungsglied ein PT1-Glied verwendet wird. Das PT1-Glied ist ein lineares zeitinvariantes Übertragungsglied mit proportionalem Übertragungsverhalten und einer Verzögerung erster Ordnung. Die Übertragungsfunktion des PT1-Glieds lautet $G (s) = K / (1 + T \cdot s),$
Wobei K eine Übertragungskonstante beziehungsweise ein Verstärkungsfaktor und T die Zeitkonstante ist. Vorzugsweise wird der Verstärkungsfaktor konstant gewählt und die Zeitkonstante entspricht dem erwähnten Filterkoeffizienten, die Zeitkonstante wird bevorzugt also in Abhängigkeit von zumindest der Temperatur ermittelt. Eine solche Vorgehensweise ermöglicht eine Bestimmung des der Verbrennungsluftverhältnisse mit hoher Genauigkeit.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in jedem der Signalfilter jeweils ein Totzeitglied verwendet wird. Das Totzeitglied nimmt eine Eingangsgröße entgegen und stellt diese zeitverzögert als Ausgangsgröße wieder zur Verfügung. Jede Änderung der Eingangsgröße ruft somit eine verzögerte Änderung der Ausgangsgröße hervor. Das Totzeitglied ist durch eine Zeitkonstante gekennzeichnet, welche auch als Laufzeit, Transportzeit oder Totzeit bezeichnet werden kann. Das Totzeitglied wird beispielsweise mithilfe eines FIFO-Speichers (FIFO: First In First Out) realisiert. Der Speicher weist eine bestimmte Anzahl an Speicherplätzen auf, die hintereinander angeordnet sind. Die Eingangsgröße wird in den Speicher hineingeschoben, also ein erster Speicherplatz mit ihr gefüllt. Die in den Speicherplätzen enthaltenen Werte werden werteweise verschoben, sodass also der Wert der Eingangsgröße durch den Speicher hindurchwandert, bis er den letzten Speicherplatz erreicht hat. Eine Ausgangsgröße des Totzeitglieds wird dem letzten Speicherplatz gleichgesetzt beziehungsweise der in dem letzten Speicherplatz enthaltene Wert als Ausgangsgröße herangezogen.
Entsprechend ist zur Realisierung des Totzeitglied vergleichsweise viel Speicherplatz notwendig. Allerdings benötigt es weniger Rechenleistung als das Übertragungsglied beziehungsweise das weitere Übertragungsglied. Die bereits erwähnten Vorteile werden auch unter Verwendung des Totzeitglieds erzielt. Beispielsweise ist es vorgesehen, dass das Totzeitglied dem Übertragungsglied nachgeschaltet ist, sodass das Übertragungsglied und das Totzeitglied in Reihe geschaltet sind. Auch mehrere Übertragungsglieder können mit dem Totzeitglied in Reihe geschaltet sein, insbesondere jeweils für jeden der Signalfilter. Mit der beschriebenen Vorgehensweise werden die ebenfalls bereits erläuterten Vorteile erzielt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung und stromaufwärts der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung eine weitere Lambdasonde angeordnet ist, wobei der Messwert der Lambdasonde sowie ein Messwert der weiteren Lambdasonde zum Durchführen einer Lambdaregelung verwendet werden. Zusätzlich zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung und der Lambdasonde liegen also die weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung und die weitere Lambdasonde vor, welche stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung und bevorzugt stromaufwärts der Lambdasonde angeordnet sind.
Die weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung kann analog zu der Abgasnachbehandlungseinrichtung ausgestaltet sein, insbesondere liegt sie als Fahrzeugkatalysator vor. Beispielsweise ist die Lambdasonde strömungstechnisch zwischen der Abgasnachbehandlungseinrichtung und der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnet. Die weitere Lambdasonde liegt strömungstechnisch gesehen auf der der Lambdasonde abgewandten Seite der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung vor, sodass die weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung strömungstechnisch zwischen der Lambdasonde und der weiteren Lambdasonde vorliegt. Von dem Antriebsaggregat Strömen des Abgas strömt also in der nachfolgend genannten Reihenfolge: weitere Lambdasonde, weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung, Lambdasonde und Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung kann auch als erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und die weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung als zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung bezeichnet werden. Analog hierzu kann die Lambdasonde als erste Lambdasonde und die weitere Lambdasonde als zweite Lambdasonde bezeichnet werden. Mithilfe der ersten Lambdasonde wird ein erstes Verbrennungsluftverhältnis strömungstechnisch zwischen der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung und der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung und unter Verwendung der zweiten Lambdasonde ein zweites Verbrennungsluftverhältnis stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung ermittelt.
Das erste Verbrennungsluftverhältnis ist ein stromabwärts der zweiten Lambdasonde, insbesondere stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung, in dem Abgas vorliegendes Verbrennungsluftverhältnis. Das zweite Verbrennungsluftverhältnis entspricht einem Verbrennungsluftverhältnis in dem Abgas stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung beziehungsweise strömungstechnisch zwischen dem Antriebsaggregat und der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung. Das erste Verbrennungsluftverhältnis und das zweite Verbrennungsluftverhältnis werden bevorzugt zur Durchführung einer Lambdaregelung und einer Trimmregelung herangezogen. Hierbei wird insbesondere die Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs anhand des zweiten Verbrennungsluftverhältnisses eingestellt, wohingegen das erste Verbrennungsluftverhältnis zur Korrektur des zweiten Verbrennungsluftverhältnisses oder eines Sollwerts, auf welchen das zweite Verbrennungsluftverhältnis im Zuge der Lambdaregelung eingestellt wird, im Rahmen der Trimmregelung verwendet wird.
Grundsätzlich kann es vorgesehen sein, die Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs allein anhand des ersten Verbrennungsluftverhältnisses oder allein anhand des zweiten Verbrennungsluftverhältnisses einzustellen, also ohne das jeweils andere Verbrennungsluftverhältnis zu berücksichtigen. In jedem Fall wird das jeweilige Verbrennungsluftverhältnis auf den entsprechenden Sollwert eingestellt. Hierzu ist es insbesondere vorgesehen, die Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs derart anzupassen, dass das jeweilige Verbrennungsluftverhältnis sich in Richtung des Sollwerts verändert, insbesondere bis auf den Sollwert. Beispielsweise wird das jeweilige Verbrennungsluftverhältnis durch Einstellen der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs auf den Sollwert geregelt.
Besonders bevorzugt ist es jedoch vorgesehen, sowohl das erste Verbrennungsluftverhältnis als auch das zweite Verbrennungsluftverhältnis zum Einstellen der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs heranzuziehen. In diesem Fall werden vorzugsweise die beiden Verbrennungsluftverhältnisse auf einen jeweiligen Sollwert eingestellt. Insbesondere ist es also vorgesehen, das erste Verbrennungsluftverhältnis auf einen ersten Sollwert und das zweite Verbrennungsluftverhältnis auf einen zweiten Sollwert einzustellen, nämlich durch entsprechendes Anpassen der Zusammensetzung des Kraftstoff-Frischgas-Gemischs.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Abgasnachbehandlungseinrichtung eine erste Abgasnachbehandlungseinrichtung und das Verbrennungsluftverhältnis ein erstes Verbrennungsluftverhältnis ist, wobei stromaufwärts der Lambdasonde eine zweite Abgasnachbehandlungseinrichtung vorliegt und ein zweites Verbrennungsluftverhältnis für stromaufwärts der Lambdasonde vorliegendes Abgas durch Gradientenbildung aus dem Messwert der Lambdasonde gebildet wird. Unter Verwendung der Lambdasonde beziehungsweise des Messwerts wird also nicht nur das Verbrennungsluftverhältnis stromabwärts der Lambdasonde, insbesondere in der ersten Abgasnachbehandlungseinrichtung, ermittelt, sondern auch stromaufwärts der Lambdasonde, insbesondere in der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung. Hierzu wird ein Gradient aus dem Messwert der Lambdasonde ermittelt. Der Gradient ist beispielsweise der zeitliche Gradient des Messwerts der Lambdasonde selbst oder aber ein zeitlicher Gradient einer aus dem Messwert ermittelten Größe.
Beispielsweise wird aus dem Messwert zunächst das Verbrennungsluftverhältnis an der Lambdasonde bestimmt und anschließend unter Verwendung des zeitlichen Gradienten dieses Verbrennungsluftverhältnisses das zweite Verbrennungsluftverhältnis berechnet. Beispielsweise wird das zweite Verbrennungsluftverhältnis anhand der Beziehung $λ_{1} = k \cdot {dλ}_{2} / dt + λ_{2}$ ermittelt, wobei λ₁ das erste Verbrennungsluftverhältnis, λ₂ das zweite Verbrennungsluftverhältnis, k ein Korrekturfaktor und t die Zeit ist. Bevorzugt wird das zweite Verbrennungsluftverhältnis für ein weiteres Abgasnachbehandlungsmodell verwendet, mittels welchem die weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung modelliert wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass als Lambdasonde eine Sprunglambdasonde verwendet wird. Eine weitere Lambdasonde kann in Form einer Breitbandlambdasonde vorliegen. Während die Breitbandlambdasonde einen vergleichsweise breiten Messbereich aufweist, ist dies für die Sprunglambdasonde nicht der Fall. Die Sprunglambdasonde liegt beispielsweise in Form einer einzelnen Nernstzelle vor und kann auch als Spannungssprungsonde bezeichnet werden. Die Breitbandlambdasonde setzt sich hingegen aus einer Nernstzelle und einer Pumpzelle zusammen.
Die Pumpzelle wird derart eingestellt, dass mittels der Nernstzelle ein Verbrennungsluftverhältnis von λ = 1 gemessen wird. Die Stromstärke und/oder die elektrische Spannung des zum Betreiben der Pumpzelle verwendeten elektrischen Stroms stellt dann ein Maß für das tatsächlich in dem Abgas vorliegende Verbrennungsluftverhältnis dar. Die Sprunglambdasonde weist üblicherweise eine höhere Genauigkeit auf als die Breitbandlambdasonde. Entsprechend kann durch die Verwendung der Sprunglambdasonde zum Messen des Messwerts, aus welchem anschließend das Verbrennungsluftverhältnis bestimmt wird, eine äußerst hohe Genauigkeit erreicht werden.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Erläuterungen im Rahmen dieser Beschreibung, wobei die Antriebseinrichtung über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Lambdasonde verfügt.
Dabei ist die Antriebserrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet, Verbrennungsluftverhältnisse für an mehreren stromabwärts der Lambdasonde gelegenen Stellen vorliegendes Abgas aus einem Messwert der Lambdasonde mittels jeweils ein lineares zeitinvariantes Übertragungsglied aufweisenden Signalfiltern zu ermitteln, wobei die Signalfilter parallel zueinander vorliegen, sodass ihnen jeweils eine aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße zugeführt wird, oder seriell zueinander vorliegen, sodass einem der Signalfilter die aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße und wenigstens einem nachfolgenden der Signalfilter eine Ausgangsgröße eines jeweils vorhergehenden der Signalfilter als Eingangsgröße zugeführt wird.
Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung der Antriebseinrichtung beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl die Antriebseinrichtung als auch das Verfahren zu ihrem Betreiben können gemäß den Erläuterungen im Rahmen dieser Beschreibung weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
Zudem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Antriebseinrichtung gemäß den Ausführungen in dieser Beschreibung das erläuterte Verfahren ausführt. Hinsichtlich der Vorteile und möglicher vorteilhafter Weiterbildungen wird in Gänze auf die Beschreibung verwiesen.
Die in der Beschreibung beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, insbesondere die in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beschriebenen und/oder in den Figuren gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung, insbesondere den Rahmen der Ansprüche, zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungsformen als von der Erfindung umfasst anzusehen, die in der Beschreibung und/oder den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen oder aus ihnen ableitbar sind, insbesondere im Rahmen der Ansprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:

Figur 1: eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Antriebseinrichtung, genauer gesagt einer Abgasnachbehandlungseinrichtung der Antriebseinrichtung, sowie
Figur 2: eine schematische Darstellung eines Übertragungssystems, anhand welchem die Ermittlung von Verbrennungsluftverhältnissen aus einem Messwert einer Lambdasonde beispielhaft erläutert wird, sowie
Figur 3: mehrere Diagramme, in welchen Verbrennungsluftverhältnisse in verschiedenen Abschnitten der Abgasnachbehandlungseinrichtung über der Zeit für unterschiedliche Ermittlungsmethoden aufgetragen sind.

Die Figur 1 zeigt eine äußerst schematische Darstellung eines Bereichs einer Antriebseinrichtung, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat verfügt, nämlich einer Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 der Antriebseinrichtung. Dem Antriebsaggregat werden Kraftstoff und Frischgas zugeführt, welche ein Kraftstoff-Frischgas-Gemisch bilden und chemisch unter Erzeugung von Abgas miteinander reagieren. Das Abgas wird der Abgasnachbehandlungseinrichtung zugeführt und durchströmt diese in Richtung des Pfeils 2. Stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 wird mittels einer Lambdasonde 3 ein Messwert für ein Verbrennungsluftverhältnis gemessen. Der Messwert beschreibt einen Restsauerstoffgehalt des Abgases beziehungsweise das Verbrennungsluftverhältnis an der Lambdasonde 3.
Anhand des Messwerts der Lambdasonde 3 wird unter Verwendung eines Abgasnachbehandlungsmodells eine Zusammensetzung des Abgases stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 bestimmt. Dies erfolgt für wenigstens eine Abgaskomponente, bevorzugt jedoch für mehrere Abgaskomponenten. Das Abgasnachbehandlungsmodell umfasst mehrere Abgasnachbehandlungsteilmodelle, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vier Abgasnachbehandlungsteilmodelle. Mittels jedes der Abgasnachbehandlungsteilmodelle wird einer von mehreren Abschnitten 4 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 berechnet. Die Abschnitte 4 erstrecken sich von einem Einlass 5 bis hin zu einem Auslass 6 der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 und grenzen unmittelbar aneinander an. Die Abschnitte 4 erstrecken sich insoweit durchgehend und ununterbrochen von dem Einlass 5 bis hin zu dem Auslass 6.
Für jeden der Abschnitte 4 werden eine Eintrittskonzentration sowie ein Eintrittsverbrennungsluftverhältnis ermittelt, nämlich an der jeweiligen Eintrittsstelle 7. Mithilfe des jeweiligen Abgasnachbehandlungsteilmodells wird nachfolgend eine Austrittskonzentration der jeweiligen Abgaskomponente an einer jeweiligen Austrittsstelle 8 des entsprechenden Abschnitts 4 ermittelt. Vorzugsweise wird hierbei die Eintrittskonzentration für einen weiter stromabwärts liegenden Abschnitt 4 gleich der Austrittskonzentration des jeweils unmittelbar stromaufwärts liegenden Abschnitts 4 verwendet. Die Eintrittskonzentration des am weitesten stromaufwärts liegenden Abschnitts 4 ist gleich der Eintrittskonzentration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 und die Austrittskonzentration der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 ist gleich der Austrittskonzentration des am weitesten stromabwärts liegenden Abschnitts 4.
Das Abgasnachbehandlungsmodell beziehungsweise jedes der Abgasnachbehandlungsteilmodelle ermittelt für die jeweilige Abgaskomponente eine Konvertierungsrate in Abhängigkeit von dem jeweiligen Eintrittsverbrennungsluftverhältnis. Die Konvertierungsrate ist beispielsweise in einem Kennfeld oder dergleichen hinterlegt, nämlich für verschiedene Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse. Beispielsweise werden als Abgaskomponente eine oder mehrere der nachfolgenden Abgaskomponenten verwendet: Kohlenwasserstoff, Kohlenstoffoxid, insbesondere Kohlenstoffmonoxid, Wasserstoff, insbesondere molekularer Wasserstoff, Stickoxid, insbesondere Stickstoffmonoxid und/oder Stickstoffdioxid, und Sauerstoff, insbesondere molekularer Sauerstoff.
Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Übertragungssystems, anhand welcher unterschiedliche Varianten bei dem Ermitteln der Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse für die Abschnitte 4 erläutert werden. Dargestellt ist ein Eingang 9, an welchem eine aus dem Messwert der Lambdasonde 3 ermittelte Größe als Eingangsgröße bereitgestellt wird. Die Eingangsgröße wird unterschiedlichen Filtereinrichtungen 10, 11, 12 und 13 zugeführt. Aus jeder der Filtereinrichtungen 10, 11, 12 und 13 resultieren mehrere Verbrennungsluftverhältnisse, die als Ausgangsgrößen dem Abgasnachbehandlungsmodell 14 zugeführt werden. Selbstverständlich werden bevorzugt stets lediglich eine der Filtereinrichtungen 10, 11, 12 und 13 und lediglich ein Abgasnachbehandlungsmodell 14 verwendet. Die jeweils anderen Elemente entfallen.
Jede der Filtereinrichtungen 10, 11, 12 und 13 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel drei Signalfilter 15, 16 und 17 auf. Jeder der Signalfilter 15, 16 und 17 stellt eine Ausgangsgröße bereit, welche dem Abgasnachbehandlungsmodell 14 zugeführt wird. Insgesamt wird dem Abgasnachbehandlungsmodell 14 also die aus dem Messwert ermittelte Größe, welche an dem Eingang 9 bereitgestellt wird, zugeführt und zusätzlich die aus den Signalfiltern 15, 16 und 17 resultierenden Ausgangsgrößen. Einem ersten Abgasnachbehandlungsteilmodell wird das mittels der Lambdasonde 3 gemessene Verbrennungsluftverhältnis zugeführt, den nachfolgenden Abgasnachbehandlungsteilmodellen die unter Verwendung der Signalfilter 15, 16 und 17 ermittelten Verbrennungsluftverhältnisse.
Im Fall der Filtereinrichtung 10 sind die Signalfilter 15, 16 und 17 parallel angeordnet und verfügen jeweils über ein Übertragungsglied 18, 19 beziehungsweise 20. Die Übertragungsglieder 18, 19 und 20 sind als PT1-Glieder ausgeführt. Jedem der Übertragungsglieder 18, 19 und 20 wird ein Filterkoeffizient zugeführt, wobei der Filterkoeffizient für das Übertragungsglied 18 an einem Eingang 21, für das Übertragungsglied 19 an einem Eingang 22 und für das Übertragungsglied 20 an einem Eingang 23 bereitgestellt wird. Die Filterkoeffizienten für die Übertragungsglieder 18, 19 und 20 sind vorzugsweise voneinander verschieden.
Für die Filtereinrichtung 11 sind die Signalfilter 15, 16 und 17 in Reihe geschaltet. Jeder Signalfilter 15, 16 und 18 verfügt wiederum über eines der Übertragungsglieder 18, 19 und 20, die erneut als PT1-Glieder ausgeführt sind. Den Signalfiltern 15, 16 und 17 beziehungsweise sind Übertragungsgliedern 18, 19 und 20 werden Filterkoeffizienten zugeführt, welche an dem Eingang 24 bereitgestellt werden. Die Filterkoeffizienten für die Signalfilter 15, 16 und 17 entsprechen sich also beziehungsweise sind identisch.
Für die Filtereinrichtung 12 sind die Signalfilter 15, 16 und 17 erneut in Reihe angeordnet. Jeder der Signalfilter 15, 16 und 17 verfügt zusätzlich zu dem jeweiligen Übertragungsglied 18, 19 und 20 über ein weiteres Übertragungsglied 25, 26 beziehungsweise 27. Den Signalfiltern 15, 16 und 17 beziehungsweise ihren Übertragungsgliedern 18, 19, 20 sowie 24, 26 und 27 werden wiederum Filterkoeffizient über einen Eingang 28 bereitgestellt. Die Filterkoeffizienten sind vorzugsweise identisch.
Bei der Filtereinrichtung 13 weisen die Signalfilter 15, 16 und 17 zusätzlich zu den Übertragungsgliedern 18, 19 und 20 Totzeitglieder 29, 30 und 31 auf. Den Signalfiltern 15, 16 und 17 der Filtereinrichtung 13 beziehungsweise ihren Übertragungsgliedern 18, 19 und 20 werden Filterkoeffizienten über den Eingang 28 bereitgestellt. Für die Totzeitglieder 29, 30 und 31 wird eine Laufzeit beziehungsweise Totzeit über den Eingang 32 bereitgestellt. Es wird für alle Totzeitglieder 29, 30 und 31 bevorzugt dieselbe Totzeit verwendet.
Die Figur 3 zeigt Diagramme, in welchen Verbrennungsluftverhältnisse für die mehreren Abschnitte 4 über der Zeit aufgetragen sind. Jedes der Diagramme enthält Verläufe 33, 34, 35 und 36. Der Verlauf 33 gibt den Messwert der Lambdasonde beziehungsweise das aus ihm ermittelte Verbrennungsluftverhältnis wieder, welcher als Eingangsverbrennungsluftverhältnis für den ersten Abschnitt 4 verwendet wird. Der Verlauf 34 beschreibt das Eintrittsverbrennungsluftverhältnis für den zweiten Abschnitt 4, der Verlauf 35 für den dritten Abschnitt 4 und der Verlauf 36 für den vierten Abschnitt 4. Das oberste erste Diagramm zeigt die Verläufe 33, 34, 35 und 36 für die erste Filtereinrichtung 10, das zweite Diagramm für die zweite Filtereinrichtung 11, das dritte Diagramm für die dritte Filtereinrichtung 12 und das unterste vierte Diagramme für die vierte Filtereinrichtung 13. Es versteht sich von selbst, dass stets lediglich eine der Filtereinrichtung 10, 11, 12 und 13 verwendet wird. Die gemeinsame Darstellung dient lediglich der Veranschaulichung.
Mithilfe der beschriebenen Filtereinrichtung 10, 11, 12 und 13 ist ein genaues Ermitteln der Verbrennungsluftverhältnisse an mehreren stromabwärts der Lambdasonde 3 gelegenen Stellen umgesetzt. Die Verwendung der Signalfilter 15, 16 und 17 ist mit geringem Rechenaufwand umsetzbar. Dies gilt sowohl für die Übertragungsglieder 18, 19 und 20 sowie 24, 26 und 27 also für die Totzeitglieder 29, 30 und 31. Auf Grundlage der ermittelten Verbrennungsluftverhältnisse ist das Betreiben des Abgasnachbehandlungsmodells und folglich das Bestimmen der Konzentration der wenigstens einen Abgaskomponente stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung 1 ebenfalls mit hoher Genauigkeit möglich.

BEZUGSZEICHENLISTE:

1: Abgasnachbehandlungseinrichtung
2: Pfeil
3: Lambdasonde
4: Abschnitt
5: Einlass
6: Auslass
7: Eintrittsstelle
8: Austrittsstelle
9: Eingang
10: Filtereinrichtung
11: Filtereinrichtung
12: Filtereinrichtung
13: Filtereinrichtung
14: Abgasnachbehandlungsmodell
15: Signalfilter
16: Signalfilter
17: Signalfilter
18: Übertragungsglied
19: Übertragungsglied
20: Übertragungsglied
21: Eingang
22: Eingang
23: Eingang
24: Eingang
25: Übertragungsglied
26: Übertragungsglied
27: Übertragungsglied
28: Eingang
29: Totzeitglied
30: Totzeitglied
31: Totzeitglied
32: Eingang
33: Verlauf
34: Verlauf
35: Verlauf
36: Verlauf

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, die über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) angeordnete Lambdasonde (3) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass Verbrennungsluftverhältnisse für an mehreren stromabwärts der Lambdasonde (3) gelegenen Stellen vorliegendes Abgas aus einem Messwert der Lambdasonde (3) mittels jeweils ein lineares zeitinvariantes Übertragungsglied (18, 19, 20) aufweisenden Signalfiltern (15, 16, 17) ermittelt werden, wobei die Signalfilter (15, 16, 17) parallel zueinander vorliegen, sodass ihnen jeweils eine aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße zugeführt wird, oder seriell zueinander vorliegen, sodass einem der Signalfilter (15, 16, 17) die aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße und wenigstens einem nachfolgenden der Signalfilter (15, 16, 17) eine Ausgangsgröße eines jeweils vorhergehenden der Signalfilter (15, 16, 17) als Eingangsgröße zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Austrittskonzentration wenigstens einer Abgaskomponente des Abgases stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) mittels eines Abgasnachbehandlungsmodells (14) ermittelt wird, das mehrere Abgasnachbehandlungsteilmodelle zum Modellieren unterschiedlicher Abschnitte der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) umfasst, wobei den Abgasnachbehandlungsteilmodellen als Eingangsgrößen für mehrere Eintrittsstellen (7) ermittelte Eintrittskonzentrationen sowie für die Eintrittsstellen (7) ermittelte Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse zugeführt werden, wobei die Verbrennungsluftverhältnisse als Eintrittsverbrennungsluftverhältnisse verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die parallel zueinander vorliegenden Signalfilter (15, 16, 17) unterschiedliche Filterkoeffizienten verwendet werden, und/oder dass für die seriell zueinander vorliegenden Signalfilter (15, 16, 17) die gleichen Filterkoeffizienten verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalfilter (15, 16, 17) jeweils lediglich ein Übertragungsglied (18, 19, 20) aufweisen, oder dass jeder der Signalfilter (15, 16, 17) zusätzlich zu dem jeweiligen Übertragungsglied (18, 19, 20) ein weiteres Übertragungsglied (25, 26, 27) aufweist, das mit dem Übertragungsglied (18, 19, 20) in Reihe geschaltet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterkoeffizienten in Abhängigkeit von einer der nachfolgend genannten Größen bestimmt werden: Temperatur, Abgasdurchsatz und Sauerstoffspeicherkapazität der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungsglied (18, 19, 20) und/oder als weiteres Übertragungsglied (25, 26, 27) ein PT1-Glied verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der Signalfilter (15, 16, 17) jeweils ein Totzeitglied (9 20, 30, 31) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) eine weitere Abgasnachbehandlungseinrichtung und stromaufwärts der weiteren Abgasnachbehandlungseinrichtung eine weitere Lambdasonde angeordnet ist, wobei der Messwert der der Lambdasonde (3) sowie ein Messwert der weiteren Lambdasonde zum Durchführen einer Lambdaregelung verwendet werden.
Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinrichtung über ein Abgas erzeugendes Antriebsaggregat, eine Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) zur Nachbehandlung des Abgases sowie eine stromaufwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (1) angeordnete Lambdasonde (3) verfügt, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebserrichtung dazu vorgesehen und ausgestaltet ist, Verbrennungsluftverhältnisse für an mehreren stromabwärts der Lambdasonde (3) gelegenen Stellen vorliegendes Abgas aus einem Messwert der Lambdasonde (3) mittels jeweils ein lineares zeitinvariantes Übertragungsglied (18, 19, 20) aufweisenden Signalfiltern (15, 16, 17) zu ermitteln, wobei die Signalfilter (15, 16, 17) parallel zueinander vorliegen, sodass ihnen jeweils eine aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße zugeführt wird, oder seriell zueinander vorliegen, sodass einem der Signalfilter (15, 16, 17) die aus dem Messwert ermittelte Größe als Eingangsgröße und wenigstens einem nachfolgenden der Signalfilter eine Ausgangsgröße eines jeweils vorhergehenden der Signalfilter (15, 16, 17) als Eingangsgröße zugeführt wird.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Antriebseinrichtung nach Anspruch 9 das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.